Веревка вокруг Земли и другие сюрпризы науки - Карл Саббаг

Эти факты из мира физики зачастую диктуют внешний вид животного, сформировавшийся в ходе эволюции так, чтобы наилучшим образом использовать возможности, предоставляемые окружающей средой. Те же факты могут влиять и на поведение существа и отражать «понимание» существом физических процессов повседневной жизни.

Болотная птица круглоносый плавунчик обладает очень длинным и тонким клювом и питается крошечными ракообразными. Чтобы добыть пищу, она использует физические свойства своего богатого водой ареала обитания двумя крайне интересными способами.

Нередко можно наблюдать, как эти птицы плавают четкими кругами, ежесекундно погружая клюв в воду. Так они создают под поверхностью водоворот: круговые потоки воды взбаламучивают речное или озерное дно и поднимают пищу ближе к поверхности, после чего птице не составляет труда ее подцепить.

Некоторые другие водоплавающие птицы набирают воду, в которой содержится добыча, и фильтруют ее, пропуская через некое органическое подобие сита, задерживающего пищу. Но плавунчики предпочитают «выклевывать» пищу, выхватывая ее вместе с капелькой воды кончиками длинного клюва, напоминающего пинцет. Некоторое время ученые недоумевали, как птица продвигает добычу по всей длине клюва к горлу, чтобы проглотить ее. Есть птицы, которые запрокидывают голову и используют инерцию, — добыча как бы сама падает в горло. Но пища плавунчика для такого способа слишком мало весит. Похоже даже, что птица нарочно выбирает ракообразных, не превышающих определенного размера, хотя, казалось бы, чем крупнее добыча, тем быстрее можно насытиться.

Так или иначе, капелька воды, в которой содержится ракообразное, попадает с кончика клюва в горло и там оказывается проглоченной. Некоторые длинноклювые птицы при этом всасывают пищу или подталкивают ее языком. Но только не плавунчик. Вместо этого он полагается на поверхностное натяжение — силу, которая возникает на поверхности жидкости и при попадании жидкости на твердую поверхность заставляет ее принимать форму капли.

Поверхностное натяжение между каплей дождя и оконным стеклом выглядит так: если капля не слишком крупная, то, сила, возникающая по ее краям, удерживает ее на стекле. Точно так же капля воды, в которой содержится ракообразное, в клюве плавунчика оказывается «зажата» между верхней и нижней частями клюва (если, конечно, не раскрывать клюв слишком широко). Для продвижения пищи к горлу птица быстро приоткрывает и снова закрывает клюв. Сначала капля растекается — клюв приоткрывается, и ближайший к горлу краешек капли оказывается еще чуть дальше, а краешек, который ближе к кончику клюва, сначала движется следом, но с закрытием клюва возвращается на место. Получается прерывисто-поступательное движение, и в итоге капля вместе с добычей стремительно перемещается по клюву со скоростью до одного метра в секунду.

В тесном взаимодействии между эволюционным развитием плавунчика и физическими процессами, протекающими при соприкосновении воды с разными поверхностями, выработались механизмы, позволяющие усовершенствовать процесс питания. Форма верхней и нижней частей клюва; физическая природа их поверхностей с нужной степенью «мокрости» или смачиваемости, необходимой для скольжения капли; движения клюва, обеспечивающие перемещения капли; чутье птицы, позволяющее ей выбирать достаточно легкую добычу, чтобы она двигалась за счет поверхностного натяжения, — все это складывалось на протяжении тысячелетий, чтобы показать нам, как эволюция путем естественного отбора обеспечивает организмам наибольшую выживаемость в той или иной среде.

Как развивались глаза

Противники дарвиновской теории эволюции часто в качестве аргумента приводят глаз — как слишком сложную систему, которая вряд ли могла возникнуть в результате ряда небольших усовершенствований, передававшихся по наследству в течение миллионов лет. Сложно сказать, почему они остановили свой выбор именно на глазе, ведь каждый аспект человеческой анатомии и физиологии, любой орган или система идеально сконструированы для повседневного выполнения специфических задач на протяжении семидесяти — восьмидесяти лет; они растут, приспосабливаются к окружающим условиям и восстанавливаются в случае повреждения. Почки, печень, головной мозг, пищеварение и кровеносная система — все они одинаково сложно устроены и одинаково труднообъяснимы, особенно если научных знаний у тебя кот наплакал (как часто бывает с противниками эволюционной теории).

Вероятнее всего, на глазе они (простите за каламбур) сфокусировались потому, что человеку, далекому от науки, чуть легче, чем в случае с другими органами, понять, как он работает, и сравнить его с творениями рук человеческих: фотоаппаратами, телескопами, микроскопами и прочими оптическими приборами. Все мы знаем, что за этими приборами стоят замысловатый процесс разработки и производства, аккуратное и точное изготовление деталей, в том числе линз, исследования в области светочувствительных материалов, конструирование сервомеханизмов для фокусировки, и так далее и тому подобное. И как же, спрашивают некоторые, биологические аналоги всех этих процессов и устройств могли возникнуть без вмешательства некой разумной силой, ставившей перед собой определенные цели?

Однако у современных биологов есть масса свидетельств, позволяющих без особого труда разобраться, как происходил каждый этап эволюции глаза, причем происходил он не когда-нибудь, а в тот самый, единственно необходимый момент развития человечества. Ведь человеческий глаз, разумеется, не был создан с нуля при возникновении первобытных людей. Нынешним своим видом он обязан череде более ранних версий светочувствительных органов, которыми обладали разные существа, начиная с эволюции рыбы или еще более древней живности, обитавшей на Земле более 500 миллионов лет назад.

Самая ранняя стадия могла быть случайной мутацией кожных клеток, в результате которой существо обрело способность различать свет и тень. Потомок этого существа оказался в более выигрышном положении, нежели его слепые сородичи: если на светочувствительные клетки падала тень хищника, животное было предупреждено и могло попытаться скрыться, в то время как остальные представители того же вида оказывались сожранными. В следующем, улучшенном поколении количество светочувствительных особей возросло, они снова выжили, а их потомки, в свою очередь, тоже имели больше шансов на выживание. И так далее. Однако новые мутации возникают постоянно, и вот однажды одно из этих светочувствительных животных могло родиться с небольшим углублением на коже, в котором и сосредоточились чувствительные клетки. Это давало существу новые преимущества. Оно не только чувствовало возможную близость хищника, теперь оно еще знало и примерное направление, в котором перемещается враг. Вместо простых световых рецепторов, работающих по принципу «вкл./выкл.», когда на них попадает тень хищника, существо обзавелось новым типом рецепторов, сообщающих, с какой стороны приближается хищник, и дающих существу возможность скрыться в противоположном направлении. Существа со световыми рецепторами и углублением имели преимущество при выживании, соответственно любая мутация, которая увеличивала углубление, усиливала зоркость этого рудиментарного глаза и предоставляла новые преимущества. Реальные примеры такого типа глаз мы можем наблюдать на окаменелостях, а также у некоторых видов ныне живущих организмов, например у плоских червей и моллюсков.

Дальнейшее совершенствование могло выражаться в том, что отверстие над центром углубления стало меньше, создавая эффект камеры-обскуры, а это уже начало пути от простого различения света и тени к восприятию изображения.

Многие люди, услышав подобный рассказ о первых этапах эволюции глаза, а также о дальнейшем его развитии, появлении хрусталика и сетчатки, способны допустить вероятность возникновения такого механизма, но не могут понять, как несколько разных компонентов могут последовательно эволюционировать таким образом, чтобы достичь соотношения, оптимального для совместной работы. «Кому нужен наполовину сформированный глаз?» — недоумевают они. Но как писал биолог и популяризатор науки Колин Тадж (р. 1943):

«Полуглаз лучше, чем полное отсутствие глаза. Сетчатка чрезвычайно полезна даже при отсутствии хрусталика, позволяющего фокусировать зрение. Она и в зачаточном состоянии позволяет различать свет и темноту и фиксирует движение. Даже один-единственный фоторецептор и тот приносит пользу, не говоря уж обо всей сетчатке. Хрусталик изначально мог возникнуть как прозрачный защитный слой и лишь затем обрел способность к фокусировке: для этого ему потребовалась только выпуклость. Таким образом, как отмечал еще сам Дарвин, мы видим тысячи примеров существ с более простыми органами зрения, чем у человека, начать хотя бы с простейших, обладающих всего одной светочувствительной клеткой».