С другой стороны, свободноплавающему предку камбалы и палтуса, сплющенному с двух сторон подобно селедке, при переходе к донному образу жизни было намного выгоднее лечь на бок, а не балансировать на брюхе, как на лезвии ножа! Пускай этот эволюционный путь неизбежно вел к затруднительным и, вероятно, дорогостоящим искажениям, вызванным необходимостью иметь оба глаза на одной стороне, пускай тот способ, которым уплощались скаты, в конечном счете был бы наилучшим и для костных рыб, однако промежуточные формы, нужные для этого пути, явно были в краткосрочном масштабе менее успешными по сравнению со своими конкурентами, ложившимися на бок. В генетическом гиперпространстве существует плавная траектория, которая ведет от свободноплавающей предковой костной рыбы к камбале, лежащей на боку с покривившимся черепом. Ровного маршрута, который связывал бы тех же предков с плоскими рыбами, лежащими на брюхе, там нет. Этими рассуждениями все дело наверняка не исчерпывается, ибо существуют и такие плоские костные рыбы, тело которых симметрично, как у скатов. Возможно, их свободноплавающие предки были уже изначально слегка уплощены по какой-то иной причине.
Второй пример эволюционных усовершенствований, которые оказались бы удачными, но не состоялись из-за необходимости пройти через невыигрышные промежуточные стадии, — это наша с вами сетчатка (и вообще сетчатка позвоночных животных). Зрительный нерв, как и любой другой нерв, представляет собой “магистральный кабель” — пучок отдельных “изолированных проводов”, которых в данном случае около 3 млн. И каждый проводок из этих 3 млн ведет от какой-то одной клетки сетчатки к мозгу. Можете представить их себе как провода, передающие информацию от 3 млн фотоэлементов в обрабатывающий ее компьютер. (На самом деле — от 3 млн релейных станций, принимающих сигнал от еще большего числа фотоэлементов.) Все эти провода выходят из сетчатки и собираются в единый пучок, который и является зрительным нервом, идущим от глаза.
Всякий инженер, естественно, предположил бы, что фотоэлементы обращены по направлению к свету, а провода из них выходят со стороны, ближней к мозгу, то есть сзади. Предложение сделать наоборот — направить фотоэлементы в противоположную сторону, развернуть их к свету торчащими из них проводами — его бы только рассмешило. Однако именно так устроена сетчатка у всех позвоночных. Каждый фотоэлемент в ней фактически подключен задом наперед, так что провода торчат по направлению к источнику света и вынуждены тянуться по поверхности сетчатки, чтобы затем нырнуть в специальную дырку (так называемое слепое пятно) и присоединиться к зрительному нерву. Это означает, что свет, вместо того чтобы беспрепятственно падать на фотоэлементы, вынужден продираться через лес проводов, попутно ослабевая и искажаясь, — возможно, не так уж и сильно, но сам принцип покоробит любого аккуратного инженера!
Точная причина такого странного положения дел мне неизвестна. Соответствующий период эволюции был слишком давно. Но я готов биться об заклад, что это как-то связано с маршрутом путешествия по реально существующему аналогу Страны биоморф, с тем путем, который нужно было пройти от органа, предшествовавшего глазу, каким бы этот орган ни был, чтобы развернуть сетчатку правильным образом. Такой маршрут, вероятно, существует, но эта гипотетическая траектория, будучи воплощена в реальных организмах, соответствующих ее промежуточным этапам, оказывалась невыгодной — только лишь временно невыгодной, но большего и не требуется. Промежуточные варианты видели даже хуже, чем их несовершенные предки, и тот факт, что они обеспечивают лучшее зрение своим далеким потомкам, никак не мог их утешить. Единственное, что имеет значение, — это выживание здесь и сейчас.
Так называемый закон Долло утверждает, что эволюция необратима. Его нередко смешивают с изрядной долей идеалистических бредней о неотвратимости прогресса, зачастую еще и приправленных невежественным вздором о том, что эволюция якобы “нарушает Второй закон термодинамики” (той половине образованного человечества, которая, по заверениям романиста Ч. П. Сноу, знает, что такое Второй закон термодинамики, должно быть понятно, что эволюция противоречит этому закону не больше, чем рост младенца). Не существует никакой причины, почему основные направления эволюции не могут быть повернуты вспять. Если в течение какого-то периода имеется тенденция, скажем, по увеличению размера рогов, то ничто не мешает ей в один прекрасный момент смениться на противоположную. Закон Долло — это на самом деле не более чем констатация того, насколько статистически невероятно пройти снова тем же эволюционным маршрутом (а точнее, любым конкретным эволюционным маршрутом) в каком угодно направлении. Один мутационный шаг легко обратим. Но при большем количестве мутационных шагов математическое пространство всех возможных маршрутов становится так велико, что вероятность дважды прийти в одну и ту же точку исчезающе мала — даже когда речь идет о биморфах с их жалкими девятью генами. А уж для настоящих животных, у которых генов невообразимо больше, это тем более верно. В законе Долло нет ничего ни таинственного, ни мистического, и это не та научная истина, которую можно “подтвердить” результатами наблюдений. Это простое следствие законов статистики.
Ровно по этой же причине крайне маловероятно, чтобы один и тот же эволюционный маршрут был когда-нибудь пройден дважды. Столь же маловероятно — и по тем же статистическим соображениям, — что какие-то две различные линии эволюции смогут однажды сойтись в одной точке.
Тем больше у нас оснований поразиться могуществу естественного отбора при виде тех многочисленных примеров, реально существующих в живой природе, когда независимые линии эволюции, берущие свое начало далеко друг от друга, производят впечатление сходящихся в одной точке. Взглянув повнимательнее, мы обнаруживаем, что совпадение неполное (будь оно полным, стоило бы забеспокоиться). Эти линии эволюции выдают свою независимость друг от друга множеством мелочей. Например, глаза осьминогов очень похожи на наши, однако в их случае провода, ведущие от фотоэлементов, не торчат по направлению к свету, как у нас. В этом смысле у осьминогов глаза устроены более “разумно”. Они пришли к похожему результату, хотя и начали совершенно из другой точки, о чем свидетельствуют детали, подобные этой.
Примеры такого поверхностного конвергентного сходства зачастую неимоверно впечатляют, и окончание этой главы я посвящу некоторым из них. Они — наиболее яркое проявление мощнейшей способности естественного отбора создавать хорошие устройства. Однако тот факт, что устройства, в общих чертах сходные, все же различаются, подтверждает их независимое происхождение и историю. Основная идея тут такова: если устройство достаточно хорошо для того, чтобы возникнуть однажды, значит, его принцип достаточно хорош, чтобы возникнуть дважды — в разных краях животного царства, начиная эволюцию с разных отправных точек. Лучше всего это может быть проиллюстрировано на том примере, который мы изначально использовали для описания хорошего устройства как такового, — на примере эхолокации.
Все, что нам известно об эхолокации, мы знаем главным образом благодаря летучим мышам (а также человеческим приборам), но встречается она и в ряде других, не родственных им групп животных. К эхолокации способно как минимум две обособленные друг от друга группы птиц, а у дельфинов и китов она доведена до высочайшего уровня изощренности. Более того, по меньшей мере в двух группах рукокрылых она была “изобретена” самостоятельно. К птицам, которые ее используют, относятся южноамериканские гуахаро и пещерные саланганы с Дальнего Востока — те самые, из чьих гнезд готовят знаменитый суп. И те и другие гнездятся глубоко в пещерах, где света мало или нет совсем, и ориентируются во мраке при помощи эха своих собственных щелкающих возгласов. В обоих случаях эти щелчки слышны для человеческого уха, то есть они не ультразвуковые, в отличие от более специализированных сигналов летучих мышей. Похоже, что и вправду ни одному виду птиц не удалось развить способность к эхолокации до той степени утонченности, какую мы наблюдаем у рукокрылых. Их щелчки не являются частотно-модулируемыми и навряд ли годятся для измерения скорости с использованием эффекта Допплера. Вероятно, подобно крылану Rousettus эти птицы просто оценивают продолжительность интервала между каждым щелчком и его эхом.
В данном случае мы можем быть абсолютно уверены, что эти два вида птиц открыли эхолокацию независимо как друг от друга, так и от летучих мышей. Доказывается это с помощью одной из тех цепочек рассуждений, которые часто используются эволюционистами. Наблюдая за тысячами видов птиц, мы видим, что у них нет эхолокации. Ею пользуются только два изолированных рода, между которыми нет ничего общего за исключением того, что оба они живут в пещерах. Хотя мы и считаем, что у этих птиц и у рукокрылых, если проследить их родословные достаточно далеко, должен быть общий предок, это будет общий предок вообще всех птиц и всех млекопитающих (включая нас с вами). Подавляющее большинство млекопитающих и подавляющее большинство птиц не способны к эхолокации, как наверняка не был к ней способен и их предок (не умел он и летать — это еще одна техника, возникавшая независимо много раз). Получается, что к технологии эхолокации птицы и рукокрылые пришли самостоятельно — точно так же, как самостоятельно пришли к ней британские, американские и немецкие ученые. Из таких же рассуждений, только применительно к меньшему масштабу времени, следует вывод, что общий предок гуахаро и саланганы не пользовался эхолокацией и что эти два рода птиц разработали одну и ту же технологию независимо друг от друга.
В данном случае мы можем быть абсолютно уверены, что эти два вида птиц открыли эхолокацию независимо как друг от друга, так и от летучих мышей. Доказывается это с помощью одной из тех цепочек рассуждений, которые часто используются эволюционистами. Наблюдая за тысячами видов птиц, мы видим, что у них нет эхолокации. Ею пользуются только два изолированных рода, между которыми нет ничего общего за исключением того, что оба они живут в пещерах. Хотя мы и считаем, что у этих птиц и у рукокрылых, если проследить их родословные достаточно далеко, должен быть общий предок, это будет общий предок вообще всех птиц и всех млекопитающих (включая нас с вами). Подавляющее большинство млекопитающих и подавляющее большинство птиц не способны к эхолокации, как наверняка не был к ней способен и их предок (не умел он и летать — это еще одна техника, возникавшая независимо много раз). Получается, что к технологии эхолокации птицы и рукокрылые пришли самостоятельно — точно так же, как самостоятельно пришли к ней британские, американские и немецкие ученые. Из таких же рассуждений, только применительно к меньшему масштабу времени, следует вывод, что общий предок гуахаро и саланганы не пользовался эхолокацией и что эти два рода птиц разработали одну и ту же технологию независимо друг от друга.
Среди млекопитающих летучие мыши — тоже не единственная группа, самостоятельно выработавшая способность к эхолокации. По-видимому, эхо могут использовать разные звери, такие как землеройки, крысы и тюлени, но в небольшой степени, на уровне слепых людей. Единственные, кто может тут состязаться с рукокрылыми в сложности устройства, — это китообразные. Китообразные делятся на две основные группы: зубатые киты и усатые киты. И те и другие являются, разумеется, млекопитающими, произошедшими от сухопутных предков, и они вполне могли “изобрести” свой водный образ жизни независимо друг от друга, каждая группа — начиная от своего сухопутного предка. К зубатым китам относятся кашалоты, косатки и разнообразные дельфины — все они охотятся на относительно крупную добычу, такую как рыба или кальмары, которую захватывают своими челюстями. Некоторые из зубатых китов (как следует были изучены только дельфины) оснастили свои головы сложнейшим эхолокационным оборудованием.
Дельфины испускают частые очереди сигналов большой высоты. Некоторые из них слышны нам, некоторые — ультразвуковые. Не исключено, что “купол”, выпирающий у дельфина на лбу (и напоминающий — приятное совпадение! — обтекатель антенны радара у “обнаружителя опасности” самолета-разведчика “Нимрод”), каким-то образом способствует направленному испусканию гидроакустических сигналов вперед, хотя точный механизм его работы и неизвестен. Как и в случае летучих мышей, “дежурная частота” щелчков относительно низка, но по мере приближения животного к добыче возрастает до визгливого жужжания (400 сигналов в секунду). Впрочем, и “низкая” крейсерская частота тоже весьма высока. Вероятно, самыми искусными эхолокаторами являются речные дельфины, живущие в грязной воде, однако, как показали опыты, и дельфины открытого моря в этом смысле тоже весьма неплохи. Атлантическая афалина способна различать круги, квадраты и треугольники (все одной и той же, стандартизованной площади) исключительно при помощи своего сонара. Она может определить, какая из двух мишеней ближе, когда разница составляет всего 1¼ дюйма, а общее расстояние — около 7 ярдов[3]. Также она может обнаружить стальной шар, который вдвое меньше мячика для гольфа, на расстоянии 70 ярдов. Эти показатели, возможно, и уступают человеческому зрению при хорошем освещении, но они, по-видимому, лучше, чем наше зрение лунной ночью.
Высказывалось увлекательное предположение, что дельфинам, если бы они только захотели, ничего бы не стоило передавать друг другу “мысленные образы”. Все, что им было бы нужно, — это имитировать с помощью своего голоса, которым они владеют виртуозно, эхо, приходящее от тех или иных предметов. Так они могли бы обмениваться своим субъективным восприятием этих предметов. Это восхитительное предположение, увы, не доказано. Теоретически на такое могли бы быть способны и рукокрылые, но гипотеза насчет дельфинов выглядит правдоподобнее, поскольку в целом они более общительны. Также они, возможно, и более “умны”, но не уверен, что это имеет отношение к делу. Аппаратура, необходимая для обмена полученными с помощью эха картинками, не сложнее тех приборов, которые необходимы для эхолокации как таковой и которыми как летучие мыши, так и дельфины уже располагают. И плавный, постепенный переход между использованием голоса для того, чтобы производить эхо и чтобы имитировать его, вполне может существовать.
Итак, как минимум две группы рукокрылых, две группы птиц, зубатые киты и, в меньшей степени, возможно, еще несколько представителей млекопитающих — все они самостоятельно пришли к технологии сонара. И это только за некоторый промежуток времени в пределах последних 100 млн лет. У нас нет возможности узнать, не возникала ли эта же технология независимо еще у каких-либо животных, ныне вымерших. Может быть, у птеродактилей?
До сей поры ни насекомые, ни рыбы, использующие сонар, не были обнаружены[4], однако две совершенно различные группы рыб — одни в Южной Америке, а другие в Африке — выработали у себя похожую навигационную систему (судя по всему, не менее сложно устроенную), которую можно считать аналогичным, хотя и иным решением той же проблемы. Это так называемые слабоэлектрические рыбы. “Слабоэлектрические” — это те, что в отличие от сильноэлектрических рыб используют свое электрическое поле для навигации, а не затем, чтобы оглушать добычу. Кстати говоря, этот способ охоты тоже возникал несколько раз независимо в неродственных друг другу группах рыб. Например, у электрических “угрей” (которые на самом деле не угри, но приобрели форму тела как у угрей благодаря конвергенции) и у электрических скатов.
Южноамериканские и африканские слабоэлектрические рыбы приходятся друг другу довольно дальними родственниками, однако и те и другие живут, каждые на своем континенте, в очень похожей воде — слишком мутной, чтобы зрение было эффективным. Применяемый ими физический принцип — электрическое поле в воде — даже еще более чужд нашему пониманию, чем тот, который используют летучие мыши и дельфины. У нас по крайней мере есть субъективное представление о том, что такое эхо, а вот каково это — чувствовать электрическое поле, мы практически не понимаем. Мы вообще узнали о существовании электричества всего пару столетий назад. Будучи людьми, мы субъективно не в состоянии разделить ощущения электрической рыбы, но мы можем понять ее как физики.
Нам нетрудно увидеть на своей обеденной тарелке, что мускулы рыбы расположены с каждой стороны ее тела в виде ряда сегментов — батареи мышечных единиц. У большинства рыб они последовательно сокращаются, заставляя тело извиваться и тем самым проталкивая его вперед. А у электрических рыб — как слабо-, так и сильноэлектрических — они стали батареей в электротехническом смысле. Каждый сегмент (“элемент”) этой батареи создает разность потенциалов. Эти элементы установлены вдоль тела рыбы таким образом, что у сильноэлектрической рыбы, например у электрического угря, вся батарея в целом производит ни много ни мало 1 ампер при напряжении 650 вольт. Человек, которого ударит током электрический угорь, вполне может потерять сознание. Но слабоэлектрическим рыбам, использующим электричество исключительно с целью сбора информации, большие значения силы тока и напряжения не нужны.
Электрорецепция, как назвали это явление, неплохо понятна нам на уровне физики, но, конечно, не на уровне того, на что это похоже — быть электрической рыбой. Следующее описание в равной степени подходит и к африканским, и к южноамериканским слабоэлектрическим рыбам — так велика конвергенция. Из передней части рыбы ток выходит в воду в виде кривых линий, которые загибаются назад и заканчиваются в области хвоста. На самом деле это не разрозненные “линии”, а непрерывное “поле”, невидимый электрический кокон, окружающий рыбу. Однако нам, людям, нагляднее будет представить его в виде совокупности кривых, которые выходят из рыбы через отверстия, расположенные в ряд на передней половине ее тела, а затем огибают ее и снова проникают внутрь через отверстия на кончике хвоста. У каждой такой “амбразуры” имеется нечто подобное миниатюрному вольтметру, контролирующему уровень напряжения. Если рыба парит в толще воды и вокруг нет никаких преград, то эти кривые гладкие. Каждый крохотный вольтметр регистрирует напряжение в соответствующем ему отверстии как “нормальное”. Но, как только поблизости появится какой-либо посторонний предмет, скажем камень или что-нибудь съедобное, линии тока, наткнувшиеся на этот предмет, изменят свою конфигурацию. Это повлияет на разность потенциалов в соответствующих отверстиях, и изменение будет зафиксировано соответствующими вольтметрами. Таким образом, теоретически компьютер, сопоставляя показания всех вольтметров, мог бы рассчитать расположение неоднородностей в окружающей воде. Именно это и делает мозг рыбы. Опять-таки это не обязательно означает, что рыбы сильны в математике. У них есть аппарат, который решает необходимые уравнения, точно так же как наш мозг бессознательно решает уравнения всякий раз, когда мы ловим мяч.