Перевод с английского канд. биол. наук Петра Петрова

Издательство АСТ. Москва

Династия

Серия “Элементы” основана в 2007 г.

Издание осуществлено при поддержке

Фонда некоммерческих программ Дмитрия Зимина “Династия”

Введение

Глава 1. Происхождение жизни

Глава 2. ДНК

Глава 3. Фотосинтез

Глава 4. Сложная клетка

Глава 5. Секс

Глава 6. Движение

Глава 7. Зрение

Глава 8. Теплокровность

Глава 9. Сознание

Глава 10. Смерть

Эпилог

Примечания

Благодарности

На фоне всепоглощающей черноты космоса наша Земля выглядит манящим сине-зеленым шаром. Всего двум дюжинам людей доводилось своими глазами видеть нашу планету с Луны и из-за пределов лунной орбиты, но хрупкая красота сделанных ими снимков отпечаталась в памяти целого поколения. Ее ни с чем не сравнить. Наши мелочные ссоры по поводу границ, нефти и религии блекнут перед мыслью, что этот живой шарик, окруженный бесконечной пустотой, — наш общий дом (причем не только наш, ведь мы делим его с другими порождениями тех удивительнейших изобретений жизни, которым мы обязаны своими богатствами).

Жизнь и сама преобразила нашу планету, превратив этот огромный, изрытый метеоритами огнедышащий камень, вращавшийся вокруг молодой звезды, в тот живой маяк, каким она видится теперь из космоса. Жизнь окрасила нашу планету в синий и зеленый цвета трудами крошечных фотосинтетических бактерий, которые очищали ее атмосферу и океаны и наполняли их кислородом. Обретя этот мощный источник энергии, жизнь забила через край. На лугах распускаются цветы, среди замысловатых кораллов прячутся стремительные золотистые рыбки, в черных глубинах таятся огромные чудовища, деревья тянутся к небу, животные гудят и топают, глядя на окружающий мир. Посреди всего этого мы и живем, поражаясь неведомым тайнам мироздания, — мы, являющие собой сложные комплексы молекул — чувствующие, думающие, изумляющиеся и задающиеся вопросом о том, как мы здесь очутились.

Теперь, впервые в истории планеты, мы знаем ответ на этот вопрос. Это неточное знание, не скрижали истины, но зреющие плоды величайших поисков человечества, цель которых состоит в том, чтобы понять природу всего живого вокруг нас и в нас самих. В общих чертах мы, разумеется, понимаем ее со времен Дарвина, чья книга “Происхождение видов” была опубликована полтора столетия назад. С тех пор наши знания о прошлом обогатили не только ископаемые, заполнившие пробелы в наших представлениях, но и понимание внутреннего строения гена, составляющего фундамент всего, что нам известно о каждом стежке пышного ковра жизни. И все же лишь в последние несколько десятков лет нам удалось перейти от теорий и абстрактных знаний к динамичной, подробной картине жизни, изложенной на языке, переводить с которого мы научились лишь недавно. Этот язык содержит ключи не только к окружающей нас живой природе, но и к ее древнейшему прошлому.

История, которую открывают нам эти поиски, драматичнее, убедительнее и сложнее, чем любой миф о сотворении мира. Вместе с тем, подобно любому из этих мифов, она полна внезапных и впечатляющих превращений и бурного внедрения новшеств, которые преобразовывали Землю, накладывая все новые уровни сложности поверх достижений былых революций. Земля, если смотреть на нее из космоса, прекрасна и безмятежна, но ее бурная история была отнюдь не такой. По иронии, наши собственные мелочные ссоры отражают бурное прошлое нашей планеты и из всех ее обитателей лишь мы одни, ее разорители, в состоянии подняться над ней и узреть ее красоту как единого целого.

Многие из глобальных переворотов были результатом двух горсток эволюционных инноваций — изобретений, изменивших мир и в конечном счете сделавших возможным появление нас самих. Поскольку я не предполагаю здесь работу сознательного изобретателя, я должен пояснить, что я имею в виду под изобретениями. Вот как определяет это слово Оксфордский словарь английского языка: “Оригинальная задумка или создание нового, ранее неизвестного метода или способа делать что-либо; новшество, нововведение”. Эволюция лишена дара предвидения и не строит планов. Ее ход не определяется разумным замыслом некоего изобретателя. Тем не менее, естественный отбор подвергает все свойства живых организмов суровым испытаниям, победителями в которых выходят те, кто устроен наилучшим образом. По сравнению с драмами, разворачивающимися в этой природной лаборатории, наши театральные представления выглядят жалким фарсом. Поколение за поколением отбор одновременно подвергает тщательному исследованию квинтильоны крошечных различий между организмами. Удивительные примеры сложнейшего устройства повсюду, и они порождены слепыми, но в высшей степени изобретательными силами. В неформальных разговорах эволюционисты нередко называют эволюционные новшества “изобретениями”, и это слово как нельзя лучше передает поразительный творческий потенциал природы. Общая цель тех, кто занимается естественными науками, независимо от их религиозных убеждений, состоит в том, чтобы проникнуть в тайны возникновения всего, что есть в природе. Данную цель разделяют не только ученые, но и все, кого заботит вопрос о нашем происхождении.

Эта книга посвящена величайшим изобретениям эволюции, тому, как каждое из них преобразило жизнь, и тому, как мы, люди, научились воссоздавать ее прошлое, проявляя находчивость, достойную самой природы. Этой книгой я хочу восславить изумительную изобретательность и самой жизни, и нас с вами. Книга представляет собой рассказ о том, как мы здесь очутились. Особое внимание я уделил вехам великого пути от возникновения жизни как таковой до жизни (и смерти) каждого из нас. Область, охватываемая этой книгой, огромна. Нам предстоит пройти жизнь вдоль и поперек, от самого ее зарождения в глубоководных гидротермальных источниках до возникновения человеческого сознания, от крошечных бактерий до гигантских динозавров. Мы рассмотрим достижения многих наук: от геологии и химии до нейровизуализации и от квантовой физики до планетологии. Обсудим мы и широкий спектр достижений людей, от самых знаменитых ученых прошлого до современных исследователей, которым, быть может, суждено прославиться.

Мой список изобретений, разумеется, субъективен и мог бы быть несколько иным, но при его составлении я пользовался четырьмя четкими критериями, которые, по-моему, существенно ограничивают выбор наиболее важных событий в истории всего живого.

Первый критерий: великими изобретениями можно считать лишь те, которые произвели революцию в живой природе, а значит, и на планете. Я уже упоминал фотосинтез, сделавший нашу Землю такой, как мы ее знаем: химически заряженной — богатой кислородом (без которого животные не могли бы существовать). Другие сопоставимые по значению перемены не столь очевидны, но столь же важны. Два изобретения, имевшие особенно далеко идущие последствия, — это подвижность, позволившая животным перемещаться в поисках пищи, и зрение, преобразившее строение и поведение всех живых организмов. Вполне возможно, что быстрая эволюция глаз, происходившая около 540 миллионов лет назад, внесла немалый вклад и во внезапное появление настоящих животных в палеонтологической летописи — так называемый кембрийский взрыв. Глобальные последствия каждого из этих изобретений обсуждаются во вводных разделах соответствующих глав.

Мой второй критерий предполагает, что великое изобретение должно по-прежнему обладать исключительным значением и сегодня. Наилучшие примеры таких изобретений — секс и смерть. Эволюционисты называли половое размножение абсолютной экзистенциальной нелепостью, имея в виду не эмоциональные позы, от тревоги до экстаза, о которых тоже можно было бы написать книгу не меньше “Камасутры”, а само существование полового процесса. Сегодня наука уже вплотную приблизилась к ответу на загадку, почему множеству живых существ (даже растениям) свойственно заниматься сексом, хотя они могли бы вместо этого преспокойно производить собственные клоны. Если считать секс абсолютной экзистенциальной нелепостью, то смерть следует признать абсолютной инэкзистенциальной нелепостью. Почему мы стареем и умираем, страдая от ужаснейших и мучительнейших болезней? Эта наша склонность вовсе не диктуется законами термодинамики, предполагающими разрастание хаоса и порчи, ведь отнюдь не все живые существа стареют, а некоторые из стареющих даже способны переключаться в другой режим и больше не стареть. Мы убедимся в том, что продолжительность жизни животных в ходе эволюции неоднократно возрастала на порядок. Судя по всему, легендарное лекарство от старости — не миф, а реальная возможность.

Третий критерий говорит, что каждое великое изобретение должно быть непосредственным порождением эволюции путем естественного отбора, а не какого-либо другого процесса, например культурной эволюции. Я биохимик и не могу предложить читателям никаких оригинальных идей, касающихся развития языка или общества. И все же в основе всех наших достижений, в основе всего человеческого, лежит сознание. Трудно представить себе какое-либо сообщество людей, говорящих на одном языке и живущих вместе, не подкрепленное общими ценностями, идеями или чувствами — любовью, счастьем, печалью, страхом, тоской, надеждой или верой. Если мы считаем человеческое сознание продуктом эволюции, мы должны объяснить, как нервные клетки, проводящие импульсы в мозге, могут создавать у нас ощущение нематериального духа и ярких субъективных чувств. Я считаю эту проблему биологической, хотя и далекой еще от окончательного решения, и попытался обосновать это в главе 9. Вот почему я включил в список великих изобретений биологической эволюции сознание, но не стал включать в него ни язык, ни человеческое общество — порождения прежде всего культурной эволюции.

Последний, четвертый критерий таков: великое изобретение эволюции должно иметь культовый статус. Классическим примером, обсуждавшимся еще до Дарвина, может служить предполагаемое совершенство устройства глаза. С тех пор люди неоднократно обращались к данному предмету, применяя самые разные подходы, но лавина открытий, сделанных генетиками в последнее десятилетие, позволяет рассмотреть его как никогда подробно и узнать неожиданные вещи о происхождении этой структуры. Другой яркий пример являет собой двойная спираль ДНК — символ нашей информационной эпохи. Еще одна тема, тоже обладающая культовым статусом, хотя и гораздо лучше известная ученым, чем массовому читателю, касается происхождения сложных (эукариотических) клеток. Это явление вызывает среди эволюционистов ожесточенные споры на протяжении последних четырех десятилетий. Кроме того, оно имеет принципиальное значение для решения вопроса о том, насколько широко во Вселенной может быть распространена жизнь. В каждой главе обсуждается одна из подобных культовых тем. Когда я только начинал работать над этой книгой, один из моих друзей, с которым я обсуждал список великих изобретений эволюции, предложил заменить движение как одно из важнейших свойств животных на пищеварительный тракт. Но эта идея не отвечает критерию культовости. По крайней мере, для меня сила мышц имеет культовый статус (вспомним хотя бы о торжестве полета), в то время как пищеварительный тракт без активного движения вызывает в памяти образ каких-нибудь оболочников — прикрепленных к субстрату и колеблемых водой выростов с кишкой внутри. Какой уж тут культовый статус!

Помимо этих формальных критериев, я исходил из того, что каждое из великих изобретений должно удивлять меня лично. Это должны быть такие изобретения, в которых мне, увлеченному исследователю, особенно хотелось бы разобраться. О некоторых я уже писал и хотел бы обсудить их в более широком контексте, а другие, как ДНК, неодолимо притягивают к себе внимание пытливых умов. Распутывание головоломок, заключенных в недрах структуры ДНК, составило один из великих детективных сюжетов в науке за последние полвека, хотя подробности этой истории ученым по-прежнему почему-то малоизвестны. Надеюсь, мне удалось передать хоть толику восторга, в который меня самого приводило участие в этих поисках. Аналогичный пример касается теплокровности, по поводу которой ученые ожесточенно спорят. В частности, среди них по-прежнему нет единого мнения о том, были ли динозавры подвижными теплокровными убийцами или же огромными неповоротливыми ящерами, а также о том, произошли ли теплокровные птицы непосредственно от близких родственников тираннозавров — или же не имели с динозаврами ничего общего. Я не мог не воспользоваться случаем самому вникнуть в суть этой проблемы.

Вот наш список и готов. Начнем с происхождения самой жизни, а закончим смертью и возможностью бессмертия, миновав в пути такие вехи, как ДНК, фотосинтез, сложные клетки, секс, движение, зрение, теплокровность и сознание.

Но прежде чем мы начнем, я должен сказать несколько слов о лейтмотиве этого введения — о новых “языках”, которые позволили совершить все описанные в книге открытия, касающиеся давних событий эволюционной истории. До недавнего времени у нас было два широких окна в прошлое: палеонтология и генетика. Возможности обеих этих наук, позволяющие нам вызывать события прошлого из небытия, огромны, но у методов каждой есть недостатки. Предполагаемые “пробелы” в палеонтологической летописи поминают чаще, чем следовало бы, особенно учитывая, что за полтора века, прошедших с тех пор, как Дарвин озаботился этой проблемой, многие “пробелы” были старательно восполнены. Беда в том, что палеонтологические находки в силу самих условий, способствующих их захоронению, никак не могут отражать прошлое без искажений. Даже удивительно, как много мы, тем не менее, можем благодаря им узнать. В свою очередь, сравнение различных участков генетических последовательностей позволяет нам строить генеалогические деревья, точно отображающие наше родство с другими организмами. К сожалению, в ходе эволюции гены рано или поздно могут видоизменяться так, что между копиями одного и того же древнего гена не остается ничего общего. Поэтому дальше определенного срока давности картины прошедшего, которые мы можем вычитать из генов, оказываются искажены. Но в нашем распоряжении, помимо генетических и палеонтологических, есть и другие эффективные методы, воссоздающие события глубочайшей древности. Одна из задач этой книги состоит в том, чтобы воздать этим методам должное.

Приведу всего один пример, один из моих любимых, упомянуть который в этой книге пока не представился случай. Речь о ферменте (белке, катализирующем определенную химическую реакцию) цитратсинтазы, который играет столь важную роль, что имеется у всех живых организмов, от бактерий до человека. Исследователи сравнили разновидности этого фермента, свойственные двум видам бактерий: один из них живет в необычайно горячих подводных гидротермальных источниках, второй — среди льдов Антарктики. Генетические последовательности, кодирующие эти две разновидности фермента, неодинаковы: в ходе эволюции они разошлись настолько, что теперь существенно отличаются друг от друга. Мы точно знаем, что эти два вида бактерий произошли от общего предка, потому что известен целый ряд промежуточных форм, живущих не в экстремальных условиях. Но по одним лишь генетическим последовательностям мы мало о чем можем судить. Расхождение видов явно связано с несходством условий их существования, но это лишь теоретические знания, сухие и поверхностные.

Но давайте обратимся к молекулярной структуре этих двух разновидностей фермента, просветив их мощными рентгеновскими лучами и расшифровав, используя замечательные достижения кристаллографии. Устройство молекул обоих ферментов почти одинаково: всякой детали одного — складке или щели, углублению или выросту — соответствует точно такая же деталь другого, совпадающая с ней во всех трех измерениях. На неискушенный взгляд, между этими молекулами вовсе нет разницы. Иными словами, несмотря на то, что в этих ферментах в ходе долгой эволюции заменялись многие “строительные блоки”, общая форма и строение молекул, а также их функции оставались неизменными, как если бы это был собор, который построили из камня, а затем перестроили изнутри, заменяя камни кирпичами, но сохранив все особенности его величественной архитектуры. За этим откровением следует еще одно. Какие именно “блоки” были заменены и почему? У бактерий, живущих в горячем источнике, фермент имеет предельно жесткую структуру. Его “строительные блоки” крепко сцеплены друг с другом внутренними связями, играющими роль цемента, поддерживающего неизменную структуру молекулы, несмотря на непрерывно расшатывающее ее тепловое воздействие окружающей среды. Этот собор построен так, чтобы выстоять в условиях постоянных землетрясений. У бактерий, живущих во льдах, наблюдается обратная картина. Здесь “строительным блокам” фермента свойственна гибкость, сохраняющая в ферменте подвижность, несмотря на холод. Такой белок похож на собор, в котором камни при перестройке заменяли не кирпичами, а шарикоподшипниками. Если сравнить активность этих двух ферментов при 6° С, то окажется, что фермент антарктической бактерии работает в 29 раз быстрее, но если испытать их при 100° С, выяснится, что он разваливается на части.

Теперь перед нами красочная, объемная картина. Изменения генетической последовательности обретают смысл: фермент сохраняет структуру и функции, несмотря на то, что ему приходится работать в совершенно других условиях. Теперь мы видим, что именно произошло с ним в ходе эволюции и почему. Это уже не общее наблюдение, а серьезное открытие.

Столь же яркие открытия о том, что происходило в ходе эволюции, можно получить с помощью других хитроумных инструментов, доступных в наши дни. Например, сравнительная геномика позволяет сравнивать не просто гены, а целые геномы, тысячи генов сразу, у сотен видов живых организмов. И это тоже стало возможно лишь в последние несколько лет, когда появилась возможность поставить чтение геномов разных видов на поток. Протеомика позволяет нам регистрировать весь спектр белков, работающих в клетке в любой момент времени, и разбираться в том, как их работой управляет небольшое число регуляторных генов, сохраненных с незапамятных времен эволюцией. Вычислительная биология помогает выявлять конкретные формы и структуры (мотивы), сохраняющиеся в белках, несмотря на изменения, происходящие в генах. Изотопный анализ горных пород и ископаемых организмов дает нам возможность воссоздавать картину перемен, происходивших с атмосферой и климатом. Технологии визуализации позволяют наблюдать клетки нашего мозга в процессе мышления и реконструировать трехмерное строение микроскопических ископаемых, заключенных в камне, не нарушая их целостности. И так далее.

Ни одна из этих технологий уже не нова. Но теперь мы пользуемся ими на новом уровне сложности, скорости и доступности. Накопление данных продолжается с головокружительной быстротой, как это случилось, в частности, с проектом “Геном человека”, осуществлявшимся и завершенным с большим опережением графика. Значительная часть получаемых нами при этом сведений записана не на классических языках популяционной генетики и палеонтологии, а на языке молекул, на уровне которых в природе и происходят изменения. Благодаря развитию технологий в науку пришли новые эволюционисты, умеющие отслеживать работу эволюции в реальном времени. Картина, которая при этом вырисовывается, поражает богатством деталей и диапазоном, охватывающим уровни от субатомного до планетарного. Именно поэтому я и сказал, что теперь, впервые в истории нашей планеты, мы знаем ответ на вопрос о том, как мы здесь очутились. Разумеется, значительную часть растущего объема наших знаний составляют предварительные данные, но и они осмыслены и вплетены в живую ткань науки. Отрадно жить в такое время, когда мы уже знаем так много, но стоим на пороге открытий, которые позволят нам узнать еще больше.

Планета бешено вращалась. Ночь и день сменяли друг друга с головокружительной быстротой: день длился всего пять-шесть часов. Тяжелая Луна угрожающе висела в небе (гораздо ближе, чем сегодня), отчего казалась крупнее. Звезды выглядывали редко, потому что в атмосфере было полно смога и пыли. Яркие нитки метеоритов часто прочерчивали ночное небо. Солнце — когда его вообще можно было разглядеть сквозь завесу рыжего смога — выглядело водянистым и хилым, лишенным нынешнего величия. В те времена люди не выжили бы. У нас, правда, не выскакивали бы из орбит глаза, как могло случиться на Марсе, но в воздухе, который наполнил бы наши легкие, не оказалось бы ни глотка кислорода. Мы прожили бы в такой атмосфере не больше минуты.

По правде сказать, Земля — неудачное имя для нашей планеты. Ей больше подошло бы название Море: даже сегодня океаны покрывают две трети ее поверхности, определяя ее лицо. А в седой (или лучше “голубой”?) древности Земля почти целиком была покрыта водой, и лишь несколько вулканических островков торчали из бушующих волн. Приливы, покорные висевшей так близко Луне, были колоссальны: перепады уровня моря достигали, вероятно, сотен футов. Крупные небесные тела (астероиды и кометы) реже сталкивались с Землей, чем прежде, когда падение крупнейшего из них привело к отпочкованию Луны, но и в этот сравнительно спокойный период океаны бурлили и пенились. Кипела не только поверхность, но и глубины: из трещин в земной коре выдавливалась магма. Преисподняя постоянно давала о себе знать извержениями многочисленных вулканов. Это был мир, лишенный равновесия, мир неустанной активности, буйный ребенок, из которого выросла Земля, как мы ее знаем.

В этом странном мире 3,8 миллиарда лет назад и возникла жизнь, которой, вероятно, отчасти передалась неугомонность нашей планеты. Мы знаем об этом потому, что крупицы горных пород той давней эпохи сохранились до наших дней. В этих крупицах заключены вкрапления углерода, изотопный состав которых несет на себе почти недвусмысленную печать жизни. Может показаться, что это слабое основание для столь важного вывода. Возможно, так и есть: среди специалистов пока нет единства мнений по этому вопросу. Если снять еще несколько слоев с луковицы времени, то к отметке 3,4 миллиарда лет назад признаки жизни окажутся совершенно однозначными. В то время мир уже кишел бактериями, оставившими след не только в виде изотопного состава углерода, но и в виде множества разнообразных форм микроокаменелостей, а также в виде увенчанных куполами соборов бактериальной жизни — метровых строматолитов. Бактерии правили Землей еще два с половиной миллиарда лет, после чего в палеонтологической летописи появились первые по-настоящему сложные организмы. Некоторые ученые полагают, что на самом деле бактерии никому не отдали планету: животные и растения, при всем их блеске, по-прежнему уступают бактериям по биомассе.

Что же на древней Земле вдохнуло жизнь в неорганическую стихию? Уникальны ли мы? Исключительно редки? Или наша планета — лишь один из миллиона миллиардов питомников жизни, разбросанных по Вселенной? Согласно антропному принципу, это не так важно. Если вероятность появления жизни составляет один шанс из миллиона миллиардов, то хотя бы на одной из миллиона миллиардов планет жизнь появится с вероятностью, близкой к единице. А поскольку мы, разумеется, обитаем на живой планете, она и должна быть той самой, одной из миллиона миллиардов. Какой бы исключительно редкой ни была жизнь, в бесконечной Вселенной всегда будет вероятность, что хотя бы на одной планете она возникнет, и именно на этой планете мы и живем.

Если эта заумь кажется вам (мне — кажется) не вполне убедительной, вот еще один не вполне убедительный ответ на вопрос о происхождении жизни — ответ, который давали такие авторитетные ученые, как Фред Хойл и Фрэнсис Крик. Жизнь возникла где-то еще, а после “заразила” нашу планету — случайно или по воле некоего богоподобного внеземного разума. Может, все так и было (кто даст голову на отсечение, что нет?), но большинство ученых не без оснований отвергают эту версию. Придерживаться ее — значит утверждать, что наука априори не отвечает на этот вопрос, даже не потрудившись разобраться, может ли она это сделать. Сторонники этой версии обычно ссылаются на проблему времени: они считают, что на Земле не успела бы сформироваться жизнь во всей ее ошеломляющей сложности.

Но кто сказал, что это так? Нобелевский лауреат Кристиан де Дюв приводит аргументы в пользу гораздо более интересного тезиса. Он утверждает, что быстрое возникновение жизни предопределили законы химии. Химические реакции в целом должны идти быстро или не идти вообще. Если на осуществление какой-либо реакции требуется целое тысячелетие, то с высокой вероятностью все реагенты за это время просто рассеются или распадутся, если только их запас не будет постоянно пополняться из продуктов других, более быстрых реакций. Происхождение жизни было, несомненно, химическим процессом, поэтому к нему применима та же логика: фундаментальные реакции, давшие начало жизни, должны были идти спонтанно и быстро. Поэтому, согласно де Дюву, гораздо вероятнее возникновение жизни за десять тысяч лет, чем за десять миллиардов.

Мы, вероятно, никогда не узнаем, как появилась жизнь на Земле. Даже если мы сможем получить бактерии или вывести каких-либо микробов, которые восстанут из пробирки с бурлящими химикатами, мы не сможем с уверенностью сказать, что жизнь на нашей планете возникла именно так. Можно будет лишь утверждать, что подобное возможно и, по-видимому, более вероятно, чем мы думали. Но предмет науки составляют не исключения, а правила, и правила, согласно которым жизнь зародилась на нашей собственной планете, должны работать по всей Вселенной. Поиски истоков жизни — это не попытки воссоздать то, что произошло в шесть тридцать утра в четверг за 3851 миллиард лет до нашей эры, а поиски общих правил, которым должна подчиняться жизнь где бы то ни было во Вселенной (особенно на Земле — единственной известной нам обитаемой планете). Хотя сценарий, который у нас при этом возникает, почти наверняка не будет во всех подробностях соответствовать действительности, по-моему, он вполне правдоподобен. Я хочу показать, что происхождение жизни — не такая уж великая тайна, какой его иногда изображают, и что жизнь возникает (может быть, почти с неизбежностью) из верчения земной коры.

Разумеется, предмет науки составляют не только правила, но и эксперименты, которые помогают формулировать эти правила. Наш рассказ начинается в судьбоносном 1953 году, отмеченном коронацией Елизаветы II, покорением Эвереста, смертью Сталина и открытием структуры ДНК, а также не в последнюю очередь экспериментом Миллера — Юри, из которого, можно сказать, и вышли все дальнейшие исследования происхождения жизни. Стэнли Миллер был в то время аспирантом в лаборатории нобелевского лауреата Гарольда Юри. Миллер умер в 2007 году, возможно, слегка обиженный на судьбу. До самой смерти он отстаивал взгляды, которых твердо придерживался целых полвека. Но каков бы ни был удел его своеобразных идей, главный вклад Миллера в науку составила ее новая область, которой он положил начало своими замечательными экспериментами. Результаты этих экспериментов и сегодня поражают воображение.

Миллер наполнил большую стеклянную колбу водой и смесью газов, которую он считал соответствующей первоначальному составу атмосферы Земли. Газы, которые он выбрал, входили (судя по данным спектроскопии) в состав атмосферы Юпитера, и было разумно предположить, что в древней атмосфере Земли они тоже были в изобилии: аммиак, метан и водород. Сквозь эту смесь Миллер пропускал электрические разряды, имитируя молнии, и долго ждал, что получится. Через несколько дней, через несколько недель и через несколько месяцев он брал образцы полученной смеси и анализировал их, определяя, что именно ему удалось “сварить”. То, что он обнаружил, превзошло даже самые смелые ожидания.

А “сварить” ему удалось первичный бульон — полумифическую смесь органических молекул, в том числе нескольких аминокислот — “строительных блоков”, из которых сложены белки, может быть, известнейших символов жизни, по крайней мере в те времена, когда ДНК пока не снискала славы. Еще поразительнее было то, что аминокислоты, формировавшиеся в ходе эксперимента Миллера в его бульоне, были из числа тех, что входят в состав всего живого, а не каких-то других, которые можно было бы случайным образом выбрать из обширного набора потенциально возможных. Иными словами, пропуская электрические разряды через газовую смесь, Миллер получил “строительные блоки” жизни. Они как будто только и ждали, когда их вызовут из небытия. Происхождение жизни сразу показалось довольно простым делом. Должно быть, эта идея оказалась созвучна духу того времени: Миллер со своим экспериментом попал даже на обложку журнала “Тайм” — беспрецедентный случай.

Однако впоследствии идея первичного бульона вышла из моды. Самым плачевным эпизодом в ее истории стали результаты анализа древнейших горных пород, из которого стало ясно, что атмосфера Земли никогда не была богата метаном, аммиаком и водородом — по крайней мере, после последнего великого обстрела астероидами, который привел к “отпочкованию” Луны. Эта мощнейшая бомбардировка уничтожила первичную атмосферу нашей планеты, унеся ее в космос. Более реалистичные модели первоначального состояния нынешней атмосферы оказались далеко не столь обнадеживающими. Если пропускать электрические разряды через смесь углекислого газа и азота со следовыми количествами метана и других газов, то молекул органических веществ получается гораздо меньше. В полученном вареве трудно будет найти хоть одну аминокислоту. В итоге опыт с первичным бульоном стали считать не более чем курьезом, хотя он убедительно продемонстрировал, что в лабораторных условиях органические молекулы вполне можно синтезировать простыми методами.

Концепцию первичного бульона спасло обнаружение больших количеств молекул органических веществ в космосе, в том числе (что особенно примечательно) в кометах и метеоритах. Оказалось, что некоторые из них, судя по всему, состоят почти исключительно из грязного льда и органических молекул и несут в себе набор аминокислот, на удивление похожий на тот, который можно получить, пропуская через газовую смесь электрические разряды. Складывалось впечатление, что молекулы жизни (составляющие лишь малую часть огромного множества всех возможных органических молекул) обладают какими-то свойствами, благоприятствующими их появлению. Великий обстрел астероидами теперь смотрелся совсем по-другому: не как череда сокрушительных ударов, а как изначальный источник воды и органических молекул, необходимых для запуска жизненных процессов. Первичный бульон теперь представлялся не чисто земным продуктом, а смесью, принесенной из космоса. И, хотя столкновение внеземного тела с Землей должно было приводить к повреждению многих составлявших его багаж органических молекул, расчеты свидетельствовали, что их должно было хватить для приготовления первичного бульона.

Эта идея (хотя она и не предполагала занесение спор жизни из космоса, которое отстаивал астроном Фред Хойл) вплетала происхождение жизни — по крайней мере, первичного бульона — в единую ткань Вселенной. Жизнь представлялась уже не единичным, исключительным случаем, а одной из главнейших космологических постоянных, неизбежной, как всемирное тяготение. Стоит ли говорить, что астробиологи пришли от этой идеи в восторг. Многие из них по-прежнему пребывают в восторге. Ведь идея была не только привлекательна в интеллектуальном плане, но еще и помогала им не потерять работу.

Специалистам по молекулярной генетике первичный бульон тоже пришелся по вкусу, особенно идея, что в основе жизни лежат репликаторы, прежде всего гены, записанные в молекулах ДИК или РНК, способных точно копироваться и передаваться следующему поколению (подробнее об этом — в главе 2). Совершенно верно, естественный отбор не может работать без репликатора того или иного рода, а жизнь может эволюционировать в сторону усложнения исключительно под влиянием естественного отбора. Поэтому для многих исследователей, занимающихся молекулярной биологией, вопрос о происхождении жизни есть вопрос происхождения репликации. А первичный бульон прекрасно согласуется с этой идеей, потому что он вроде бы содержит ингредиенты, необходимые для роста и эволюции конкурирующих репликаторов. В хорошем, густом бульоне для репликаторов найдется все, что нужно для образования все более длинных и сложных полимеров и, в конце концов, создания из других молекул таких замысловатых структур, как белки и клетки. Согласно этим представлениям, первичный бульон — это что-то вроде моря букв, которые только того и ждут, чтобы естественный отбор выудил их и составил из них превосходное литературное произведение.

Но все это делает идею первичного бульона пагубной. Она пагубна не потому, что наверняка ошибочна (вполне возможно, что на Земле действительно существовал когда-то первичный бульон, даже если он и был далеко не таким густым, как считалось), а потому, что в течение нескольких десятков лет отвлекала внимание исследователей от подлинных основ жизни. Возьмем большую консервную банку со стерилизованным бульоном (или арахисовым маслом) и оставим ее в покое на несколько миллионов лет. Возникнет ли в ней жизнь? Нет. Почему? Потому что оставленные на произвол судьбы ингредиенты будут лишь разлагаться. Регулярное нагревание этой банки в микроволновке ничуть не поможет делу и приведет лишь к тому, что бульон будет разлагаться еще быстрее. Отдельный мощный разряд, например удар молнии, может, и заставит несколько липких молекул собраться в комки, но намного вероятнее, что и он вызовет лишь распад. В состоянии ли он создать в бульоне популяцию сложных репликаторов? Сомневаюсь. Как поется в песне про арканзасского путешественника, “отсюда туда не добраться”. Это просто следует из законов термодинамики — как и невозможность оживить труп, многократно пропуская через него электрический ток.

“Термодинамика” — одно из тех слов, которых лучше избегать, если пишешь книгу, хоть как-то претендующую на популярность. Но эта дисциплина покажется интереснее, если рассматривать ее как науку о “желаниях”, каковой она и является. Атомы и молекулы обязаны своим существованием “притяжению” и “отталкиванию”, “потребностям” и “влечениям”. О химии почти невозможно писать, не прибегая к антропоморфизму. У молекул есть “потребность” в приобретении или утрате электронов, противоположные заряды притягиваются, а одинаковые — отталкиваются, молекулы одного типа влечет друг к другу. Химическая реакция происходит самопроизвольно, если у всех молекул-партнеров есть желание в ней участвовать, в противном же случае их можно заставить реагировать силой. И, разумеется, хотя у молекул некоторых веществ есть потребность реагировать, им сложно преодолеть врожденную робость. Осторожное ухаживание позволяет им обнаружить свое скрытое влечение и слиться в экстазе... Дальше, пожалуй, можно не продолжать.

Вот что я, собственно, хочу сказать: термодинамика управляет миром. Если у двух молекул нет потребности реагировать друг с другом, заставить их не так-то просто, а если есть, они будут реагировать, даже если им потребуется некоторое время, чтобы преодолеть свою робость. Всей нашей жизнью управляют подобного рода потребности. У молекул нашей пищи есть сильная потребность реагировать с кислородом, но, к счастью для нас, они не склонны реагировать с ним самопроизвольно (для этого они слишком робки), иначе мы все немедленно сгорели бы синим пламенем. Тем не менее, пламя жизни — медленное горение, которое поддерживает наше существование, — представляет собой реакцию именно этого типа: водород, отделенный от молекул пищи, реагируете кислородом, высвобождая энергию, необходимую для нашей жизнедеятельности¹. По сути, все живое существует благодаря “главной реакции” сходного типа — химической реакции, высвобождающей энергию, которая может использоваться для осуществления всех других, побочных реакций, составляющих в совокупности обмен веществ. Вся энергия, используемая нами на протяжении жизни, рождается из взаимодействия двух веществ, совершенно не склонных к уравновешенному сосуществованию — водорода и кислорода, — атомы которых сливаются в счастливом молекулярном союзе, высвобождая обильный заряд энергии и оставляя после себя лишь лужицу горячей воды.

Именно этим и плоха идея первичного бульона: она неглубока в термодинамическом плане. Все ингредиенты первичного бульона не испытывают особой потребности реагировать друг с другом, по крайней мере такой, какая свойственна водороду и кислороду. В нем нет неуравновешенности, нет движущей силы, которая толкала бы жизнь вверх и вверх по крутому энергетическому склону, приводя к образованию по-настоящему сложных полимеров, таких как белки, жиры, полисахариды, а также — и особенно! — РНК и ДНК. Идея, что репликаторы вроде РНК и были первыми формами жизни, возникшими прежде какой-либо термодинамической движущей силы, похожа, по словам Майка Рассела, на предположение, что “из автомобиля можно вынуть двигатель и ожидать, что он поедет за счет 6Р5-навигатора”. Но если жизнь получила свой двигатель не из первичного бульона, то откуда?

Первый ключ к разгадке этой тайны был обнаружен в начале 70-х годов XX века, когда неподалеку от Галапагосских островов нашли восходящие потоки нагретой воды, отмечавшие собой линию Галапагосского рифта. В свое время Дарвин, размышляя о богатстве природы этих островов, пришел к своей идее происхождения видов. Теперь же Галапагосы давали людям ключ к пониманию происхождения самой жизни.

Какое-то время не происходило ничего особенного. Затем, в 1977 году, спустя восемь лет после того, как Нил Армстронг ступил на поверхность Луны, глубоководный пилотируемый аппарат “Алвин”, принадлежащий ВМФ США, погрузился в Галапагосский рифт в поисках подводных гидротермальных источников, от которых предположительно поднимались теплые потоки, и обнаружил их. Но если само существование этих источников мало кого удивило, то необычайное богатство жизни, существующей в кромешной тьме глубин Галапагосского рифта, вызвало у исследователей настоящий шок. Гигантские черви рифтии, достигающие почти двух с половиной метров в длину, жили там в компании двустворчатых моллюсков размером с тарелку. Хотя в самом существовании глубоководных гигантов не было ничего удивительного (вспомним хотя бы гигантских кальмаров), само их обилие уже поражало воображение. Плотность населения обитателей полей глубоководных гидротермальных источников оказалась сравнимой с плотностью населения влажных тропических лесов и коралловых рифов, несмотря на то, что солнечные лучи таких глубин не достигают и вся энергия, за счет которой живут связанные с подобными источниками организмы, поступает из самих источников.

Но едва ли не более сильное впечатление произвели сами источники, которые вскоре получили название “черные курильщики”. Причем, как выяснилось, гидротермальные источники Галапагосского рифта были еще цветочками по сравнению с некоторыми другими из двух сотен открытых с тех пор полей глубоководных источников, разбросанных по океаническим хребтам Тихого, Атлантического и Индийского океанов. Угрожающе нависшие над морским дном черные трубы, иные высотой с небоскреб, испускают бурлящие клубы черного дыма, изливающегося в толщу вод. Этот дым — на самом деле не дым, а раскаленный раствор сульфидов металлов в морской воде, поднимающийся от расположенных в глубине источников магматических печей, кислый как уксус и достигающий под колоссальным давлением океанских глубин температуры 400⁰ С. Когда раствор попадает в холодную воду, сульфиды выпадают в осадок. Сами трубы сложены из содержащих серу минералов, таких как пирит (известный также как “золото дураков”), выпадающих из черного дыма и образующих мощные отложения, покрывающие обширные участки океанского дна. Некоторые трубы растут с поразительной скоростью — до тридцати сантиметров в день — и могут, прежде чем обвалятся, достигать высоты шестидесяти метров.

Представьте себе планету без фотосинтеза. Начнем с того, что она не была бы зеленой. Изумрудный цвет Земли — символ торжества растений и водорослей, а в конечном счете — их зеленых пигментов, улавливающих свет для фотосинтеза. Первейший из этих пигментов — великий преобразователь хлорофилл, умеющий ловить лучи света и превращать их в кванты химической энергии, за счет которой живут как растения, так и животные.

Планета, вероятно, не была бы и голубой: лазурь небес и морских пейзажей невозможна без чистого неба и воды, очищенных от тумана и пыли кислородом. А без фотосинтеза свободного кислорода бы не было.

Более того, возможно, что на такой планете не было бы и океанов. Без кислорода в атмосфере не может быть озона, а без озона мало что сдерживало бы обжигающий жар ультрафиолетовых лучей. Они “раскалывают” молекулы воды, образуя кислород и водород. Но кислород при этом образуется медленно, он не накапливался бы в атмосфере, а реагировал с железом, входящим в состав минералов и окрашивающим их в ржаво-рыжий цвет. А водород, самый легкий из всех газов, ускользал бы из поля тяготения и рассеивался в космосе. Этот процесс может быть медленным, но он неумолим и приводит к тому, что океаны словно истекают кровью, сочащейся в космос. Ультрафиолетовое излучение стоило Венере ее океанов, а возможно, и Марсу тоже.

Так что нам потребуется не так уж много воображения, чтобы представить себе планету без фотосинтеза. Она могла бы быть похожа на Марс — пыльную рыжую пустыню без океанов и без явных признаков жизни. Жизнь, разумеется, возможна и без фотосинтеза, и многие астробиологи ищут ее на Марсе. Но даже если под камнями Марса и найдутся немногочисленные спрятавшиеся там бактерии или следы жизни будут обнаружены в толще марсианского льда, сама планета все-таки мертва. Она пребывает почти в полном равновесии — верный признак безжизненности. Марс никак не спутать с Геей.

Кислород — это ключ к жизни на планете. Будучи всего лишь отходами фотосинтеза, именно это вещество делает планету живой. Кислород выделяется в ходе фотосинтеза с такой скоростью, что планета не успевает его поглощать. Когда вся пыль и все железо из минералов, вся сера в воде и весь метан в воздухе, все, что может быть окислено, окисляется, свободный кислород продолжает поступать в океаны и в атмосферу. Насыщая их, он останавливает процесс потери воды. Выделяемый из воды водород неизбежно вновь сталкивается с кислородом, не успевая проложить себе дорогу в космос. Их быстрая реакция вновь приводит к образованию воды, падающей с небес в виде дождя, и останавливает потерю воды океанами. А когда в атмосфере накапливается достаточно кислорода, в ней образуется озоновый слой, который сдерживает обжигающие ультрафиолетовые лучи и делает планету более пригодной для жизни.

Кислород не только оберегает жизнь на планете: он заряжает все живое энергией, позволяя существам достигать крупных размеров. Бактерии прекрасно обходятся без кислорода: эти несравненные мастера электрохимии способны осуществлять реакции между чуть ли не любыми веществами, понемногу добывая для себя энергию. Но общее количество энергии, которую можно получать путем брожения или осуществляя реакции между, например, метаном и сульфатами, ничтожно по сравнению с энергией кислородного дыхания — в буквальном смысле кислородного горения пищи, в ходе которого она полностью окисляется до углекислого газа и водяного пара. Ничто другое не в состоянии давать энергию на все нужды многоклеточной жизни. Все животные и растения не могут жить без кислорода — по крайней мере, на каком-то этапе своих жизненных циклов. Единственное известное мне исключение — микроскопический (но многоклеточный) круглый червь, каким-то образом умудряющийся существовать в неподвижных бескислородных глубинах Черного моря. Так что мир без свободного кислорода мог бы быть лишь микромиром — в том смысле, что был бы населен лишь микроскопическими организмами.

Кислород и другими путями способствует приобретению живыми существами крупных размеров. Представьте себе пищевую цепь. Хищники высшего звена питаются менее крупными животными, которые, в свою очередь, питаются насекомыми, а те — более мелкими насекомыми, которые питаются грибами и травой. Пищевые цепи из пяти-шести звеньев встречаются не так уж редко. При переходе к каждому следующему звену тратится энергия, поскольку КПД ни у одной формы дыхания не может быть стопроцентным. КПД кислородного дыхания составляет около 40 %, в то время как КПД большинства других форм дыхания (в которых вместо кислорода используется, например, железо или сера) менее 10%. Это значит, что если не использовать кислород, количество доступной энергии будет сокращаться до 1% от исходного всего за пару переходов между звеньями пищевой цепи, в то время как при кислородном дыхании сокращение до 1% будет занимать пять пежий цвет. А водород, самый легкий из всех газов, ускользал бы из поля тяготения и рассеивался в космосе. Этот процесс может быть медленным, но он неумолим и приводит к тому, что океаны словно истекают кровью, сочащейся в космос. Ультрафиолетовое излучение стоило Венере ее океанов, а возможно, и Марсу тоже.

Так что нам потребуется не так уж много воображения, чтобы представить себе планету без фотосинтеза. Она могла бы быть похожа на Марс — пыльную рыжую пустыню без океанов и без явных признаков жизни. Жизнь, разумеется, возможна и без фотосинтеза, и многие астробиологи ищут ее на Марсе. Но даже если под камнями Марса и найдутся немногочисленные спрятавшиеся там бактерии или следы жизни будут обнаружены в толще марсианского льда, сама планета все-таки мертва. Она пребывает почти в полном равновесии — верный признак безжизненности. Марс никак не спутать с Геей.

Кислород — это ключ к жизни на планете. Будучи всего лишь отходами фотосинтеза, именно это вещество делает планету живой. Кислород выделяется в ходе фотосинтеза с такой скоростью, что планета не успевает его поглощать. Когда вся пыль и все железо из минералов, вся сера в воде и весь метан в воздухе, все, что может быть окислено, окисляется, свободный кислород продолжает поступать в океаны и в атмосферу. Насыщая их, он останавливает процесс потери воды. Выделяемый из воды водород неизбежно вновь сталкивается с кислородом, не успевая проложить себе дорогу в космос. Их быстрая реакция вновь приводит к образованию воды, падающей с небес в виде дождя, и останавливает потерю воды океанами. А когда в атмосфере накапливается достаточно кислорода, в ней образуется озоновый слой, который сдерживает обжигающие ультрафиолетовые лучи и делает планету более пригодной для жизни.

Кислород не только оберегает жизнь на планете: он заряжает все живое энергией, позволяя существам достигать крупных размеров. Бактерии прекрасно обходятся без кислорода: эти несравненные мастера электрохимии способны осуществлять реакции между чуть ли не любыми веществами, понемногу добывая для себя энергию. Но общее количество энергии, которую можно получать путем брожения или осуществляя реакции между, например, метаном и сульфатами, ничтожно по сравнению с энергией кислородного дыхания — в буквальном смысле кислородного горения пищи, в ходе которого она полностью окисляется до углекислого газа и водяного пара. Ничто другое не в состоянии давать энергию на все нужды многоклеточной жизни. Все животные и растения не могут жить без кислорода — по крайней мере, на каком-то этапе своих жизненных циклов. Единственное известное мне исключение — микроскопический (но многоклеточный) круглый червь, каким-то образом умудряющийся существовать в неподвижных бескислородных глубинах Черного моря. Так что мир без свободного кислорода мог бы быть лишь микромиром — в том смысле, что был бы населен лишь микроскопическими организмами.

Кислород и другими путями способствует приобретению живыми существами крупных размеров. Представьте себе пищевую цепь. Хищники высшего звена питаются менее крупными животными, которые, в свою очередь, питаются насекомыми, а те — более мелкими насекомыми, которые питаются грибами и травой. Пищевые цепи из пяти-шести звеньев встречаются не так уж редко. При переходе к каждому следующему звену тратится энергия, поскольку КПД ни у одной формы дыхания не может быть стопроцентным. КПД кислородного дыхания составляет около 40 %, в то время как КПД большинства других форм дыхания (в которых вместо кислорода используется, например, железо или сера) менее 10 %. Это значит, что если не использовать кислород, количество доступной энергии будет сокращаться до 1 % от исходного всего за пару переходов между звеньями пищевой цепи, в то время как при кислородном дыхании сокращение до 1 % будет занимать пять переходов. Это, в свою очередь, означает, что длинные пищевые цепи возможны только при кислородном дыхании. В силу самого устройства пищевых цепей хищникам сложно было бы существовать в бескислородном мире, потому что без кислорода хищничество как образ жизни просто не окупается.

Хищничество же способствует увеличению животных в размерах, вызывая гонку вооружений между хищниками и их жертвами. От зубов защищают раковины и панцири, укрыться от чужих глаз помогает маскировка, но размерами можно устрашить и охотника, и дичь. Если есть кислород, то хищничество окупается, а если есть хищничество, то окупаются размеры. Так что кислород делает возникновение крупных организмов не только возможным, но и вероятным.

Он также помогает им расти. Белок, дающий телу животного прочность и упругость, называется коллаген. Это главный белок всех соединительных тканей, как обызвествленных (в костях, зубах и панцирях), так и “голых” (в связках, сухожилиях, хрящах и коже). Коллаген существенно превосходит по количеству все остальные белки млекопитающих, составляя целых 25 % общей массы белков в их организмах. Как у позвоночных, так и у беспозвоночных он служит ключевым компонентом всевозможных раковин, кутикул, панцирей и волокнистых тканей — “скотчем” и “клеем” всего животного мира. Коллаген состоит из довольно необычных “строительных блоков”, в которых для формирования перекрестных связей между соседними белковыми волокнами, придающими всей структуре прочность и упругость, требуется свободный кислород. Это означает, что крупные животные, защищенные панцирем или прочным скелетом, могли появиться лишь тогда, когда концентрация кислорода в атмосфере достигла достаточного уровня, чтобы обеспечивать синтез коллагена. Возможно, что этот фактор способствовал внезапному появлению крупных животных в палеонтологической летописи в начале кембрийского периода, около 550 миллионов лет назад — вскоре после сильного повышения концентрации кислорода в атмосфере планеты.

Потребность в кислороде для синтеза коллагена может показаться случайностью. Вероятно, вместо коллагена можно было использовать что-либо, для чего не требуется свободный кислород. Действительно ли кислород необходим, чтобы давать животным прочность, или этот ингредиент лишь случайно вошел в состав “строительного раствора” и остался в его рецепте навсегда? Мы не знаем наверняка, но примечательно, что высшим растениям для синтеза их структурной опоры — необычайно прочного полимера лигнина, придающего древесине гибкость и прочность, — тоже требуется кислород. Лигнин образуется посредством довольно беспорядочного химического процесса, в ходе которого свободный кислород участвует в формировании прочных поперечных связей между цепочками. Эти связи очень сложно разорвать, поэтому-то древесина и отличается такой твердостью и устойчивостью к разложению. Стоит убрать из древесины лигнин (как делают производители бумаги, которым приходится тщательно удалять это вещество из древесной стружки, чтобы изготавливать бумагу), и деревья рухнут под собственной тяжестью, не в силах выдержать даже легкий ветерок.

Так что без кислорода не было бы ни крупных животных, ни высоких растений, ни хищников, ни голубого неба, ни, возможно, океана: вообще ничего, кроме пыли и бактерий. Невозможно представить себе более ценные отходы, чем кислород. Причем эти отходы не только ценны, но и маловероятны. Фотосинтез вполне мог возникнуть в ходе эволюции — у нас, на Земле, или на Марсе, или где угодно еще во Вселенной — в такой форме, что никакого свободного кислорода в результате этого процесса не образовывалось бы. А это почти неизбежно обрекло бы жизнь на вечное пребывание на бактериальном уровне сложности. Если так и происходило на других планетах, мы можем быть единственными разумными существами во Вселенной, населенной бактериями.

Ботаник — это тот, кто умеет давать одинаковые названия одинаковым растениям и разные названия разным, причем так, чтобы в этом мог разобраться каждый”, - писал великий шведский систематик Карл Линней (сам ботаник). Это определение может поразить нас скромностью, но именно Линней, разработав классификацию живой природы, основанную на признаках видов, заложил фундамент современной биологии. Он, несомненно, гордился своими достижениями. “Бог творит, Линней упорядочивает”, — любил он говорить (и наверняка счел бы вполне справедливым, что ученые и сегодня пользуются его системой, в которой все живое разделено на царства, классы, роды и виды).

Это стремление к систематизации, к извлечению порядка из хаоса, помогает нам разбираться в мире и лежит у истоков целого ряда естественных наук. Чем была бы химия без периодической системы элементов? Или геология без эр, периодов и эпох? Но у биологии в этом отношении есть одно существенное отличие: здесь классификация по-прежнему остается предметом одного из главных направлений исследований.

О том, как именно устроено “древо жизни”, великая схема, отражающая родство всех живых организмов, по-прежнему ожесточенно спорят ученые, которые в остальном могут быть весьма сдержанными людьми. Название одной из статей Форда Дулиттла, вежливейшего из ученых, передает характерный настрой: “С топором на древо жизни”.

Проблема не в каких-то сокровенных тонкостях, а в одном из самых что ни на есть ключевых разделений. Для большинства из нас, как некогда для Линнея, по-прежнему естественно разделять все в природе на животных, растения и минералы. В конце концов, ничего, кроме них, мы вокруг и не видим. И что может отличаться сильнее? Животные носятся повсюду благодаря своей сложной нервной системе и питаются растениями и другими животными. Растения изготавливают собственные строительные материалы из углекислого газа и воды за счет энергии солнечного света. Они не двигаются с места и не нуждаются ни в каких мозгах. А минералы явно не живые, хотя их рост и убедил в свое время Линнея (впрочем, не без колебаний) включить и их в свою классификацию.

Биология еще в начале своего развития разделилась на зоологию и ботанику, и в течение жизни не одного поколения ученых этим двум дисциплинам было не сойтись. Даже открытие микроскопических форм жизни не разрушило этого давнего разделения. “Животные-крошки” (“анималькули”) вроде амеб, способные двигаться, были отнесены к царству животных и впоследствии получили название “простейшие животные” (Protozoa), в то время как пигментированные водоросли и бактерии были включены в царство растений. Хотя Линней, должно быть, порадовался бы, узнав, что его система по-прежнему в ходу, его бы наверняка поразило, насколько его ввела в заблуждение обманчивая внешность. Расстояние между растениями и животными теперь довольно невелико, в то время как между бактериями и более сложными формами жизни нам открылась зияющая пропасть. Именно преодоление этой пропасти вызывает у ученых столько разногласий. Как именно жизнь перешла от примитивной простоты бактерий к сложности растений и животных? Был ли этот переход изначально вероятен — или же чудовищно маловероятен? Могло ли это случиться и на других планетах, или же мы (скорее всего) одиноки во Вселенной?

Чтобы эта неопределенность не играла на руку тем, кто хотел бы “добавить немного Бога” для ее устранения, следует отметить, что в правдоподобных версиях механизма такого перехода недостатка нет. Проблема здесь в данных, которые смогли бы подтвердить или опровергнуть те или иные версии, особенно в интерпретации данных, относящихся к тому давнему времени (вероятно, около двух миллиардов лет назад), когда, по-видимому, появились первые сложные клетки. Главный вопрос — почему сложные формы жизни возникли за всю историю нашей планеты лишь однажды. Все растения и животные, несомненно, родственны друг другу, то есть у всех был некий общий предок. Сложные формы жизни не развивались из бактерий неоднократно и разновременно (растения от одной разновидности бактерий, животные — от второй, грибы и водоросли — от третьей). Напротив, сложная клетка возникла из бактериальной один-единственный раз, и потомки этой клетки основали все великие царства сложной жизни: растения, животные, грибы и водоросли. И эта клетка-прародительница, предок всех сложных форм жизни, сильно отличалась от бактерий. Когда мы воображаем древо жизни, мы обычно помещаем бактерий у его основания, а хорошо знакомые нам сложные организмы “развешиваем” на ветвях. Но каким тогда был ствол? Хотя мы можем составить его из предполагаемых промежуточных форм вроде одноклеточных протистов (например амеб), на самом деле они во многих отношениях почти столь же сложны, как растения и животные. Они, разумеется, “висят” на ветвях пониже, но все же довольно далеко от ствола.

Пропасть, разделяющая бактерий и всех остальных существ, обусловлена устройством организмов на клеточном уровне. Клетки бактерий, по крайней мере в отношении морфологии (формы, размеров и содержимого), довольно просты. Форма у них незамысловатая, чаще всего шарообразная или палочковидная. Она поддерживается за счет наружной жесткой клеточной стенки. Если же мы заглянем внутрь такой клетки (даже через электронный микроскоп), мы найдем не так уж много структур. По своему строению бактерии сводятся к минимально сложному уровню, совместимому с образом жизни свободноживущего организма. В их клетках все безжалостно рационализировано и нацелено на быстрое размножение. Многие из них хранят лишь столько генов, сколько им жизненно необходимо хранить, и склонны в трудных ситуациях пополнять свои генетические ресурсы, прихватывая гены у других бактерий, а затем, при первой же возможности, снова от этих генов избавляться. Недлинные геномы быстро копируются. Некоторые бактерии могут делиться каждые двадцать минут. Это позволяет им в геометрической прогрессии и с поразительной скоростью размножаться, пока хватает сырья. Если дать одной-единственной бактерии весом в одну триллионную грамма достаточно ресурсов (что, конечно, невозможно), менее чем за два дня она смогла бы произвести популяцию, которая весила бы столько же, сколько земной шар.

Рассмотрим теперь сложные клетки тех организмов, которые называют эукариотами. Мне жаль, что им не дали другого, более приятного названия, потому что по важности с ними не сравнится никто. Все сколько-нибудь солидные организмы на нашей планете, то есть все сложные формы жизни, о которых мы только что говорили, суть эукариоты. Этот термин происходит от греческой приставки эу-, означающей “настоящий”, и греческого же слова “карион”, означающего ядро ореха — или клетки. Действительно, в клетках эукариот имеется настоящее ядро. Этим они и отличаются от клеток бактерий, которых из-за отсутствия ядра называют прокариотами. Приставка про- здесь в некотором роде оценочное суждение: оно предполагает, что прокариоты возникли прежде эукариот. По-моему, это почти наверняка так, хотя некоторые (немногие!) исследователи со мной не согласятся. Так или иначе, независимо от того, когда возникло клеточное ядро, именно его присутствие составляет главное отличие эукариотических клеток. Не стоит и пытаться объяснить их появление в ходе эволюции, не разобравшись, как и почему их клетки обзавелись ядром, и наоборот, почему все известные нам бактерии никогда настоящим ядром не обзавелись.

Ядро представляет собой “центр управления” клеткой. Именно в него упакована ДНК, в молекулах которой записаны гены. Эукариоты отличаются от бактерий не только наличием ядра, но и несколькими связанными с ним особенностями. В их клетках, в отличие от клеток бактерий, не одна кольцевая хромосома, а несколько линейных хромосом, часто имеющихся в клетке в удвоенном числе. Сами гены в хромосомах у нас, эукариот, в отличие от бактерий, не идут один за другим, как бусины на нитке, а по каким-то причинам разбиты на кусочки, разделенные участками некодирующей ДНК, и перемежаются другими некодирующими участками. И наконец, у нас гены не “голые”, как у бактерий, а причудливо обвязаны белками, так что докопаться до них так же трудно, как до современного подарка в пластиковой упаковке.

Ирландский драматург Джордж Бернард Шоу просто притягивал к себе истории. Рассказывают, например, что на одном из приемов Шоу стала оказывать знаки внимания некая красавица-актриса¹. “Нам с вами стоило бы завести ребенка, — заявила она, — он унаследовал бы мою красоту и ваш ум”. На это Шоу возразил: “Но что если он унаследовал бы мою красоту и ваш ум?”

Опасение Шоу было вполне резонным. Половое размножение — удивительный механизм, генерирующий случайные сочетания успешных генов. Может быть, лишь возможности полового процесса как генератора случайных комбинаций и могут привести к появлению такого человека, как Шоу, или такого, как та красавица-актриса. Но стоит половому процессу выстроить удачную комбинацию генов, как он тут же рассыпает ее. Создатели печально известной, хотя в основном безвредной организации, прозванной “Нобелевским банком спермы”, упустили из виду именно это. Когда биохимику Джорджу Уолду предложили сдать свою заслуженную сперму в этот банк, он отказался, отметив, что просителям была бы нужна скорее не его сперма, а сперма таких людей, как его отец, бедный портной-иммигрант, чьи чресла, как ни странно, оказались источником гениальности. “А что дала миру моя сперма? — сокрушался нобелевский лауреат. — Двоих гитаристов!” Гениальность и в целом интеллектуальный потенциал действительно наследуются (точнее, на их развитие гены оказывают влияние, хотя и не строго его определяют), но половое размножение делает из наследования непредсказуемую лотерею.

Многие из нас согласятся, что главное волшебство секса (то есть полового размножения) состоит как раз в его способности генерировать изменчивость, всякий раз извлекая из небытия уникальных существ, будто кроликов из шляпы. Но если взглянуть на этот процесс с точки зрения специалистов по математической генетике, окажется, что изменчивость ради изменчивости — это отнюдь не всегда хорошо. Зачем ломать удачную комбинацию? Почему бы просто ее не клонировать? Многим людям идея клонировать Моцарта или Шоу покажется попыткой “поиграть в Бога”, опасным проявлением непомерной человеческой гордыни, но генетиков смущает не это. Они обращают внимание на несколько более приземленную вещь: бесконечная изменчивость, порождаемая сексом, может приводить к страданиям, болезням и безвременной смерти, в то время как простое клонирование позволяет от всего этого застраховаться. Благодаря обеспечиваемому клонированием сохранению сочетаний генов, выкованных в горниле отбора, оно часто будет самым надежным выбором.

Приведем всего один пример: передача серповидноклеточной анемии — тяжелой наследственной болезни, при которой красные кровяные тельца принимают жесткую серповидную форму и с трудом протискиваются сквозь тонкие капилляры. Эту болезнь вызывает наследование двух “плохих” копий определенного гена. Вы можете спросить, почему естественный отбор не уничтожил такие копии. Дело в том, что наличие одной подобной копии оказывается даже полезным. Человек, унаследовавший от родителей одну “хорошую” и одну “плохую” копию этого гена, не только не заболеет серповидноклеточной анемией, но с меньшей вероятностью заболеет малярией — болезнью, тоже поражающей красные кровяные тельца. Наличие лишь одной “плохой” копии гена серповидноклеточной анемии приводит к изменениям в мембране красных кровяных телец, мешающих проникновению в них возбудителей малярии, но не придает этим тельцам опасную серповидную форму. Только клонирование (разновидность бесполого размножения) может позволить неизменно передавать потомкам этот полезный “смешанный” генотип. Половое же размножение неминуемо будет приводить к перетасовыванию генов. Если, например, у обоих родителей смешанный генотип, то он достанется примерно половине их детей, четверть их получит две “плохих” копии гена и будет страдать серповидно-клеточной анемией, а еще четверть получит две “хороших” копии и с высокой вероятностью заболеет малярией (по крайней мере, если будет жить в одной из обширных зон планеты, где есть комары, переносящие это заболевание). Иными словами, повышение изменчивости ставит половину потомства под угрозу. Секс может оказывать на жизнь следующего поколения непосредственное губительное воздействие.

Это далеко не единственный недостаток секса. Полный список должен, казалось бы, отвратить любого разумного человека от самой идеи полового размножения. У Джареда Даймонда есть книга “Почему нам так нравится секс?” Как ни странно, Даймонд не дал в ней ответа на вынесенный в заглавие вопрос. Должно быть, ответ представлялся ему очевидным: если бы секс нам не нравился, никто бы в здравом уме не стал им заниматься. И где бы мы все тогда были?

Давайте представим себе, что Шоу все-таки решил рискнуть и попытаться завести ребенка, которому достался бы его ум и красота той актрисы. Давайте также представим (погрешив против справедливости ради информативности примера), что актриса, о которой идет речь, соответствовала расхожему представлению о женщинах ее профессии и страдала каким-то венерическим заболеванием, скажем сифилисом. Ее встреча с Шоу произошла еще до начала эпохи антибиотиков, когда сифилис перестал внушать ужас обездоленным солдатам, музыкантам и артистам — регулярным клиентам столь же обездоленных женщин легкого поведения. В тот век у всех на слуху были примеры Ницше, Шумана и Шуберта, которых поразило безумие, и наказание за половую распущенность было вполне реальным. Кроме того, средства лечения, популярные в те времена, такие как мышьяк или “металл Меркурия” (ртуть), не были приятнее самой болезни. Как тогда говорили, за ночь в объятиях Венеры можно расплатиться, проведя остаток жизни рука об руку с Меркурием.

Разумеется, сифилис — лишь одна из многих неприятных и часто смертельных болезней, передающихся половым путем. К таким болезням относится и СПИД, заболеваемость которым во многих странах мира продолжает стремительно расти. Эпидемия СПИДа в Африке к югу от Сахары — поистине ужасное явление. На момент написания этих строк больше 24 миллионов африканцев заражены ВИЧ, а доля зараженных среди молодежи составляет около 6 %. В странах, где ситуация особенно тяжелая, доля зараженных гораздо выше 10 %, в связи с чем уже больше десяти лет средняя продолжительность жизни продолжает снижаться. Хотя положение, несомненно, усугубляется недостаточными возможностями здравоохранения, бедностью и другими смертельными заболеваниями, такими, как туберкулез, основную проблему по-прежнему составляет секс без презервативов². Но каковы бы ни были причины этого бедствия, сами его масштабы уже позволяют понять, насколько это сомнительное занятие — секс.

Давайте вернемся к Бернарду Шоу. Результатом его встречи с актрисой мог оказаться ребенок, вобравший худшие качества своих родителей, плюс тяжелая болезнь и даже безумие самого Шоу. И это притом, что у Шоу был и целый ряд преимуществ перед значительной частью других представителей человечества, Когда он встретился с той актрисой, он был уже богат и знаменит, что, разумеется, притягивало к нему не только апокрифические истории, но и женское внимание. У него, по крайней мере, была возможность согласиться на секс и получить шанс, что какие-то из его генов потекут дальше по реке времени. В отличие от многих других людей, он не был вынужден страдать и мучиться в поисках подходящего или вообще хоть какого-нибудь полового партнера.

Я не хочу погружаться здесь в сложные вопросы, связанные с социальными аспектами секса. Вполне очевидно, что поиск партнера (значит, и передача генов половым путем) требует некоторых затрат. Я имею в виду не финансовые затраты (хотя их остро ощущает каждый, кто оплачивает счет в ресторане на первом свидании или лишается части собственности в результате развода), а затраты времени и душевных сил на безуспешные поиски, широкое распространение которых очевидно из любой газеты с брачными объявлениями, а также из расплодившихся в последнее время интернет-сайтов знакомств. Но истинные, биологические затраты на секс сложно оценить на примере человеческого общества, потому что у нас они скрыты глубоко под наслоениями культуры и правил поведения. Если вы сомневаетесь в существовании биологических затрат на секс, вспомните о хвосте павлина. Великолепные перья его хвоста, этот символ плодовитости и приспособленности их обладателя, явно несут угрозу для выживания, как и иные заметные признаки, демонстрируемые во время брачных игр множеством других птиц. Возможно, ярчайший из подобных примеров нам дают колибри. При всем своем великолепии 340 видов колибри могут служить наглядным воплощением затрат на поиски полового партнера — не самих колибри (хотя им, конечно, это тоже нелегко дается), а цветковых растений, которые они опыляют.

Растения совершенно не производят впечатления организмов, ведущих бурную половую жизнь, но подавляющее большинство из них именно таково. Очень немногие представители царства растений, например одуванчики, практикуют воздержание. Абсолютное большинство находит способы заняться сексом, и особенно эффектно это проделывают изысканные цветковые растения, захватившие сушу около восьмидесяти миллионов лет назад и украсившие монотонные зеленые леса волшебными разноцветными полянами. Первые цветковые растения появились еще в позднем юрском периоде, примерно 160 миллионов лет назад. Однако им пришлось надолго отложить покорение мира, совершить которое им в итоге позволили расплодившиеся насекомые-опылители, например пчелы. Цветы для растений — сплошные затраты. Они должны привлекать опылителей окраской и формой, вырабатывать сладкий нектар, чтобы опылителям было зачем их посещать (а по массе нектар на четверть состоит из сахара), и распределяться должным образом — не слишком близко (чтобы близкородственное скрещивание не делало секс бессмысленным), но и не слишком далеко друг от друга (иначе опылителю будет сложно передать пыльцу одного растения другому — его половому партнеру). После того как растение выберет себе опылителя, оно эволюционирует с ним в тандеме, каждый участник которого что-то дает другому, но и требует от него, в свою очередь, некоторых затрат. При этом сложно найти затраты более обременительные, чем те, что несут крошечные колибри, давая неподвижным растениям возможность вести половую жизнь.

Колибри приходится быть крошечными, потому что более крупные птицы не смогли бы зависать неподвижно перед глубоким горлышком цветка, работая крыльями с частотой пятьдесят взмахов в секунду. Сочетание малых размеров и колоссальной скорости обмена веществ, которая только и может позволить зависать в полете, означает, что колибри должны почти непрерывно заправляться топливом. Каждый день они добывают нектар, вес которого составляет половину веса их собственного тела. Для этого они посещают сотни цветков. Если колибри надолго (больше чем на пару часов) остаются без пищи, они впадают в похожее на кому оцепенение: частота сердцебиения и дыхания снижается в несколько раз по сравнению с нормальной для сна, а температура тела уходит в свободное падение. Колдовское зелье растений заставило их жить в постоянной зависимости, неустанно перелетая с цветка на цветок и разнося пыльцу или же впадая в кому и рискуя погибнуть.

С сексом связана еще одна, еще более серьезная загадка. Затраты на поиски партнера — ничто по сравнению с затратами на само его наличие, в результате чего за секс приходится платить двойную цену. Фанатичные феминистки, которых возмущает само существование мужчин, не так уж и неправы. На первый взгляд, затраты на мужчин действительно очень уж велики, и женщину, решившую проблему непорочного зачатия, можно было бы по праву назвать мадонной. Хотя некоторые мужчины пытаются оправдать свое существование, взваливая на себя бремя заботы о детях или материального обеспечения семьи, этого нельзя сказать о многих не столь достойных представителях как человеческого рода, так и животного мира, заботящихся только о том, чтобы им было с кем совокупляться. И все же, несмотря на это, их оплодотворенные партнерши рожают столько же сыновей, сколько и дочерей. Ровно половина их усилий тратится на то, чтобы приносить в мир неблагодарных потомков мужского пола, самим своим существованием создающих все ту же проблему. Представительница любого вида, которому не свойственна забота отцов о детях, научившаяся производить потомство без участия противоположного пола, вдвое повысила бы свой репродуктивный успех. Племя матерей, рождающих собственные клоны, удваивалось бы с каждым поколением и за несколько поколений полностью вытеснило бы из популяции своих сексуальных родичей. Потомки единственной размножающейся клонированием самки могли бы всего за пятьдесят поколений полностью вытеснить все организмы, размножающиеся половым путем, в популяции из миллиона особей!

Давайте рассмотрим эту проблему на клеточном уровне. При производстве клонов, то есть рождении без оплодотворения, одна клетка делится на две. При половом размножении происходит совершенно противоположное. Одна клетка (сперматозоид) сливается с другой (яйцеклеткой), образуя новую клетку (оплодотворенную яйцеклетку). В итоге из двух клеток получается всего одна. Двойная цена секса проявляется и в числе генов. Всякая половая клетка (сперматозоид или яйцеклетка) передает следующему поколению всего 50 % родительских генов. Полный набор генов восстанавливается при слиянии двух половых клеток. А значит, организм, способный передавать всем своим потомкам 100 % собственных генов, должен обладать двойным превосходством перед другими. Поскольку любой клон получает от одного родительского организма вдвое больше генов, чем любой представитель потомства, произведенного половым путем, гены организмов, способных к клонированию, должны, казалось бы, быстро распространяться в популяциях и рано или поздно вытеснять гены, обеспечивающие способность к половому размножению.

Дальше — больше. Передача следующему поколению только половины собственного генетического материала открывает двери для всевозможных сомнительных махинаций, связанных с эгоистичными генами³. В ходе полового размножения любой ген, по крайней мере теоретически, имеет шанс передаться любому представителю следующего поколения с вероятностью 50 %. Однако на практике гены-мошенники могут получить преимущество, действуя в собственных интересах и передаваясь не половине, а большей доле потомков. Это не какая-то принципиальная возможность, которая на деле не реализуется. Есть множество примеров конфликтов между генами, когда паразитические гены нарушают закон, а законопослушное большинство пытается им помешать. Существуют паразитические гены, убивающие все сперматозоиды или даже всех потомков, не получивших их в наследство, и гены, делающие лишенных их потомков мужского пола стерильными, и гены, инактивирующие соответствующий ген, полученный от другого родителя, а также “прыгающие” гены, расселяющиеся по всему геному. Многие геномы, в том числе человеческий, просто нашпигованы останками “прыгающих” генов, которые когда-то размножались, расселяясь по всему геному (как мы уже убедились в главе 4). Человеческий геном — настоящее кладбище мертвых “прыгающих” генов, в буквальном смысле наполовину состоящий из их разлагающихся “трупов”. И это еще далеко не худший случай. В это трудно поверить, но геном пшеницы состоит из мертвых “прыгающих” генов на 98 %. При этом у многих организмов, размножающихся клонированием, геномы гораздо меньше и, судя по всему, они отнюдь не подвержены подобным нападкам со стороны паразитических генов.

В общем, складывается ощущение, что секс как способ размножения должен иметь очень мало шансов на существование. Изобретательный биолог, может, и предложил бы некие особые условия, в которых секс оказался бы полезен, но большинству из нас на первый взгляд может показаться, что такой нелепой причуды, как секс, вообще не должно существовать. В отличие от клонирования, за секс приходится платить двойную цену. Он способствует размножению эгоистичных генов-паразитов, могущих калечить целые геномы. Он сопряжен с бременем поисков партнера, способствует передаче ужасных венерических заболеваний, и, наконец, он методично разбивает все самые успешные сочетания генов.

И все же секс, как это ни удивительно, свойствен почти всем сложным формам жизни. Почти все эукариотические организмы (то есть состоящие из клеток, имеющих ядро; см. главу 4) на определенном этапе своего жизненного цикла занимаются сексом, а подавляющее большинство растений и животных размножаются исключительно половым путем, то есть только с помощью секса. Это не может быть случайностью. Бесполые виды, размножающиеся клонированием, встречаются редко, но многие из них, например одуванчики, существуют прямо у нас под носом. Как ни странно, почти все виды, состоящие из клонов, возникли сравнительно недавно: обычно лишь несколько тысяч, а не несколько миллионов лет назад. Они представляют собой крошечные веточки на древе жизни, и они обречены погибнуть. Многие виды переходят к размножению путем клонирования, но они почти никогда не достигают зрелого, по меркам видов, возраста и вскоре вымирают, не оставив потомства. Известно очень немного древних клонов — размножающихся клонированием видов, возникших десятки миллионов лет назад и давших начало группам из множества близкородственных видов. Те, кому это удалось (например, бделлоидные коловратки), стали настоящими биологическими знаменитостями, целомудренными исключениями в мире, помешанном на сексе, напоминающими монахов, проходящих через район красных фонарей.

Если секс можно считать странной причудой, экзистенциальной нелепостью, то отказ от секса оказывается еще хуже, ведь он в большинстве случаев приводит к вымиранию. А значит, у секса должны быть и серьезные преимущества, с лихвой перевешивающие безрассудство этого занятия. Эти преимущества удивительно трудно оценить, что сделало проблему эволюции секса настоящей царицей среди эволюционных проблем, которые занимали ученых на протяжении значительной части XX века. Вполне возможно, что без секса сложные жизненные формы крупных размеров просто невозможны, и если бы его не было, мы все были бы обречены разлагаться из поколения в поколение, подвергаясь постепенной порче, как дегенеративная К-хромосома. Как бы там ни было, именно секс сделал из нашей некогда безмолвной планеты мир, способный к самоанализу, полный неустанно самовоспроизводящихся существ (мне вспоминается “здесь слизких тварей миллион” из поэмы Кольриджа о старом моряке), полный радости и торжества. Мир без секса был бы миром без песен мужчин и женщин, как, впрочем, и без песен птиц и лягушек, без ярких благоуханных цветов, без гладиаторских боев, без поэзии, без любви, без восторга. Это был бы не очень-то интересный мир. Секс, несомненно, занимает почетное место одного из величайших изобретений жизни. Но почему и как он был изобретен?

Одним из первых о пользе секса задумался Дарвин, искавший, как всегда, прагматичное объяснение этого феномена. Главной пользой, которую приносит секс, он счел гетерозис — повышенную жизнеспособность гибридов, проявляющуюся в том, что потомки двух не состоящих в близком родстве родителей, как правило, оказываются сильнее, здоровее и лучше приспособленными и, кроме того, реже детей двух близких родственников страдают от таких врожденных болезней, как гемофилия и болезнь Тея — Сакса. Примеров тому известно множество. Чтобы оценить вред избытка близкородственных браков, достаточно было вспомнить представителей древних европейских династий вроде Габсбургов (среди которых хватало больных и сумасшедших). Дарвин считал, что главное в сексе — это производство потомства неродственными родителями, что, впрочем, не помешало ему жениться на своей двоюродной сестре, Эмме Веджвуд, этом “образце добродетели”, и стать отцом десятерых ее детей.

У дарвиновского объяснения было два больших достоинства, но был и серьезный недостаток: Дарвин ничего не знал о генах. Достоинства же состояли в том, что гетерозис незамедлительно приносит пользу потомству, а также в том, что это выгодно прежде всего отдельному организму: дети неродственных родителей чаще оказываются здоровыми и не умирают в детстве, что позволяет их родителям передавать больше генов следующему поколению. Это прекрасное объяснение в духе классического дарвинизма, имеющее к тому же более общее значение, к которому мы еще вернемся. (Естественный отбор работает здесь с отдельными организмами, а не с большими группами организмов.) Проблема в том, что на самом деле здесь объясняется неродственное скрещивание, а не секс вообще. Поэтому это еще далеко не все.

По-настоящему осмыслить механизм секса удалось только через несколько десятков лет, в начале XX века, когда были переоткрыты знаменитые закономерности, выявленные монахом Грегором Менделем в ходе опытов по скрещиванию сортов гороха. Должен признаться, что в школе законы Менделя всегда казались мне до невообразимого скучными, о чем я теперь вспоминаю с некоторым стыдом. Тем не менее, я все-таки думаю, что в основах генетики проще разобраться, оставив эти законы в стороне, потому что они стали известны в то время, когда о строении генов и хромосом еще ничего толком не было известно. Поэтому давайте сразу перейдем к представлению о хромосомах как о последовательностях генов, и мы сможем лучше понять, что же собой представляет секс, то есть половое размножение, и почему дарвиновского его объяснения совершенно недостаточно.

Первым этапом полового размножения, как мы уже знаем, оказывается слияние двух половых клеток: сперматозоида и яйцеклетки. Каждая из этих клеток привносит в этот союз одинарный набор хромосом, передавая оплодотворенной яйцеклетке удвоенный их набор. Все копии одних и тех же генов, содержащиеся в двойном наборе в двух экземплярах, редко совпадают полностью, и “хорошая” копия может скрывать черты “плохой”. На этом и основано явление гетерозиса. Близкородственное скрещивание приводит к обнаружению проявлений “плохих” копий генов. На самом деле это скорее недостаток близкородственного скрещивания, чем преимущество полового размножения. Польза от неродственного скрещивания состоит в том, что две немного разные хромосомы каждой пары могут успешно “прикрывать” друг друга, но то же можно сказать и о размножении путем клонирования, при котором потомству передаются по две немного разных хромосомы каждой пары, как и при половом размножении. Таким образом, гетерозис связан с наличием двойного набора хромосом с двумя немного разными хромосомами в каждой паре, а вовсе не с сексом как таковым.

Ключом к разгадке тайны полового размножения может стать второй его этап — повторное производство половых клеток, в каждой из которых все гены содержатся в одном экземпляре. Этот этап объяснить сложнее, чем предыдущий. Процесс производства половых клеток — мейоз — представляет собой деление клеток, одновременно и изящное, и загадочное. Изящным его делает “танец” хромосом, каждая из которых находит пару, после чего они на некоторое время сжимают друг друга в объятиях, а затем расходятся в разные концы клетки. Хореография этого танца исполнена такой красоты и точности, что первые исследователи, работавшие с микроскопами, не могли отвести глаз. Они находили все новые и новые способы окрашивать препараты клеток, чтобы наблюдать хромосомы на разных этапах процесса, рассматривая получаемые картины, как рассматривают старые фотографии, изображающие исполнение акробатического танца участниками блистательной труппы. А загадочен этот танец тем, что его па отличаются намного большей замысловатостью, чем кто-либо мог ожидать от такого прагматичного хореографа, как мать-природа.

Термин “мейоз” происходит от греческого слова, означающего уменьшение. Мейоз начинается с клетки, содержащей по два экземпляра каждой хромосомы, а заканчивается половыми клетками, во всякой из которых содержится только по одному экземпляру каждой хромосомы. Это вполне логично: если в основе полового размножения лежит слияние двух клеток, из союза которых развивается новый организм с двойным набором хромосом, то проще всего сделать это, раздав каждой половой клетке по одинарному набору хромосом. Поразительно здесь то, что мейоз начинается как раз с удвоения всех хромосом, в результате чего в исходной клетке оказывается по четыре экземпляра всех генов. После этого удвоенные хромосомы каждой пары соединяются и обмениваются соответствующими друг другу участками (научный термин для этого процесса — рекомбинация), так что в итоге получаются четыре совершенно новых хромосомы, каждой из которых какие-то участки достались от одной из двух исходных хромосом соответствующей пары, а какие-то — от другой. Рекомбинация и есть самое главное в сексе. Благодаря рекомбинации ген, полученный от отца, может оказаться в половой клетке на одной хромосоме с другими генами, полученными от матери. Этот фокус может проделываться на каждой хромосоме неоднократно, в результате чего получится, например, такая последовательность генов: отцовский — отцовский — материнский — материнский — материнский — отцовский — отцовский. Каждая из новообразованных четырех хромосом теперь уникальна. Они отличаются не только друг от друга, но также, скорее всего, и от всех когда-либо существовавших хромосом (поскольку обмен участками происходит в случайном порядке и обычно в разных местах). Наконец, исходная клетка делится пополам, а дочерние клетки делятся еще раз, образуя выводок из четырех “внучатых” клеток, каждая с одинарным набором уникальных хромосом.

Это и есть секс, то есть половое размножение. Становится понятно, что именно делает секс: он перетасовывает гены, создавая новые их сочетания — сочетания, которых раньше, может, никогда и не было. Причем делает он это методично и по всему геному. Этот процесс напоминает тасование колоды карт, при котором старые сочетания разбиваются и каждый игрок получает на руки статистически случайный набор. Вопрос в том, зачем это нужно.

Ответ, который большинству биологов, даже нынешних, интуитивно кажется наиболее разумным, впервые дал Август Вейсман, выдающийся немецкий мыслитель и последователь Дарвина. Он предположил в 1904 году, что главное достоинство секса состоит в увеличении изменчивости, с которой может работать половой отбор. Ответ Вейсмана сильно отличается от ответа самого Дарвина, поскольку предполагает, что секс выгоден не отдельным организмам, а популяции в целом. По Вейсману, секс с равным успехом может порождать как “хорошие”, так и “плохие” комбинации генов. Хотя “хорошие” комбинации приносят их владельцу непосредственную пользу, “плохие” приносят столь же непосредственный вред. А это значит, что и суммарная польза, и суммарный вред секса для всех организмов любого поколения равны нулю. Тем не менее, доказывал Вейсман, популяции секс приносит пользу, потому что плохие сочетания генов отсеивает естественный отбор, в итоге (после смены многих поколений) оставляя преимущественно хорошие сочетания.

Природы зуб и коготь ал” — это, должно быть, одна из самых цитируемых, к месту и не к месту, аллюзий на Дарвина в англоязычной литературе. Но как бы не к месту ее иногда ни цитировали, эта фраза верно передает если не истинную суть естественного отбора, то, по крайней мере, расхожее его понимание. Это строка из глубокомысленной поэмы Теннисона In memoriam, завершенной в 1850 году, за девять лет до публикации “Происхождения видов”. Теннисон посвятил поэму памяти умершего друга — поэта Артура Халлама. Во фрагменте, из которого взята эта строка, описывается чудовищное противоречие между божественной любовью и безжалостной природой. Природа у Теннисона готова губить не только отдельные существа, но и целые группы: “Пропало видов тьмы и тьмы — Пусть гибнут все до одного!” Но если и правда погибнут все до одного, значит, не останется и всего, что нам дорого: целеустремленности, любви, правды, справедливости, Бога. Хотя Теннисон никогда не терял веру окончательно, временами его, похоже, терзали сомнения.

Этот суровый взгляд на природу, впоследствии отнесенный к неумолимым жерновам естественного отбора, подвергался критике со многих позиций. Если понимать слова Теннисона буквально, здесь налицо пренебрежение, по крайней мере, травоядными, растениями, водорослями, грибами, бактериями и так далее, и жизнь сводится лишь к живописной борьбе между хищниками и их жертвами. А если понимать цитату метафорически — как всеобщую борьбу за существование, о которой так много писал Дарвин, — то, рассуждая об этой борьбе, мы часто не отдаем должное сотрудничеству между организмами или видами и даже между генами одного организма — симбиотическим отношениям в природе. Я не хочу подробно останавливаться здесь на сотрудничестве и предлагаю понимать процитированную строчку буквально и обсудить значение хищничества, особенно вопроса о том, как способность живых существ самостоятельно двигаться преобразила мир.

Фраза “зуб и коготь ал” уже намекает на движение. Жертву для начала нужно поймать, а это сложно сделать, не двигаясь с места. Но и чтобы просто сомкнуть челюсти, нужно открыть и закрыть рот, приложив определенную силу, а для этого необходимы мышцы. Когти тоже сложно вонзить в тело жертвы, не орудуя ими со свирепостью, питаемой силой мышц. Если мы попытаемся представить себе неподвижного хищника, то мы, наверное, придем к чему-то вроде хищного гриба. Но и ему придется шевелиться, хотя бы для того, чтобы задушить свою жертву гифами и высосать из нее соки. Главное здесь, что жизнь хищника трудно вообразить без движения. Так что подвижность — это более глубокое, фундаментальное изобретение, чем хищничество. Чтобы ловить и поедать жертвы, хищнику (будь то крошечная амеба, передвигающаяся ползком и глотающая добычу целиком, или стремительный изящный гепард) нужно для начала научиться двигаться.

Движение преобразило жизнь на Земле, но с первого взгляда неочевидно, как именно это повлияло на отдельные ее аспекты, от сложности экосистем до скорости и направлений эволюции растений. Об истории этих перемен нам рассказывает, пусть очень кратко, палеонтологическая летопись. Интересно, что палеонтологическая летопись указывает на довольно резкое изменение степеней сложности живой природы, последовавшее за крупнейшим массовым вымиранием в истории планеты, случившимся в конце пермского периода (примерно двести пятьдесят миллионов лет назад), когда вымерло, по некоторым оценкам, около 95 % видов. После того, как это великое вымирание позволило природе начать свою работу сначала, мир изменился до неузнаваемости.

Разумеется, жизнь на Земле была довольно сложна и до конца пермского периода. Сушу населяли гигантские деревья, папоротники, скорпионы, стрекозы, амфибии и рептилии. Моря занимали трилобиты, рыбы, акулы, аммониты, плеченогие, морские лилии (прикрепленные иглокожие, которых после пермского вымирания осталось совсем немного) и кораллы. На первый взгляд может показаться, что одни виды сменили другие, а экосистемы в целом изменились не так уж заметно. Но детальный анализ говорит об обратном.

Сложность экосистемы можно оценить по сравнительной численности видов: если среди них доминируют очень немногие, а остальные немногочисленны, такую экосистему можно считать простой. Но если множество видов успешно сосуществует и сопоставимо друг с другом по численности, то такую экосистему следует признать гораздо более сложной, и взаимодействия между ее многочисленными компонентами будут куда многообразнее. Подсчитывая суммарное число сосуществовавших в то или иное время видов, сохранившихся в палеонтологической летописи, можно сравнивать получаемые “коэффициенты сложности”, и результаты такого сравнения окажутся неожиданными. Судя по всему, сложность в экосистемах накапливалась не постепенно, а резко проявилась после великого пермского вымирания. До того времени (около трехсот миллионов лет назад) морские экосистемы примерно поровну делились на простые и сложные. После сложных систем стало втрое больше, и за прошедшие с тех пор двести пятьдесят миллионов лет это соотношение осталось неизменным. Так что вместо постепенных изменений мы наблюдаем резкий перепад. Почему?

По мнению палеонтолога Питера Вагнера из Музея естественной истории им. Филда в Чикаго, причина кроется в распространении подвижных организмов. Эта перемена превратила океаны из мира преимущественно прикрепленных организмов (как плеченогие или морские лилии, отфильтровывающие свою скудную пищу из воды) в новый, более подвижный мир, где стали преобладать организмы, активно перемещающиеся, пусть медленно (как брюхоногие моллюски, морские ежи или крабы). Разумеется, многие животные были очень подвижны и до вымирания, однако они стали доминировать в морских экосистемах только после него. Почему резкий рывок произошел после пермского массового вымирания, неизвестно, но, возможно, он был связан с большей “амортизацией” против ударов окружающей среды, с которой сопряжен подвижный образ жизни. Любое активно передвигающееся существо нередко сталкивается с резкими изменениями среды, а значит, должно обладать большей физической стойкостью. Возможно, это давало подвижным животным больше шансов пережить радикальные изменения среды, сопровождавшие пермский апокалипсис (подробнее мы обсудим это в главе 8). Фильтраторам нечем было защитить себя от таких ударов, что и обрекло многих из них на вымирание.

Но каковы бы ни были причины этого события, расцвет подвижных существ, последовавший за пермским вымиранием, преобразил жизнь на планете. Подвижность означала, что животные стали гораздо чаще сталкиваться друг с другом, как в прямом, так и в переносном смысле, что, в свою очередь, сделало возможные взаимодействия между ними намного многообразнее. В мире стало не только больше хищничества. Животные стаи чаще питаться разлагающимися остатками, а также рыться в различных субстратах. У животных всегда было достаточно причин для движения, но многообразие стилей жизни, которое принесла с собой подвижность, сделало задачу быть в нужное время в нужном месте особенно актуальной, как, впрочем, и задачу избегать в ненужное время ненужных мео. Иными словами, это придало им целеустремленности.

Но выгоды подвижности не ограничиваются образом жизни: она диктует и скорость эволюции, то есть скорость, с которой гены, равно как и виды, меняются с течением времени. Хотя быстрее всех эволюционируют паразиты и болезнетворные бактерии, которым приходится иметь дело с бесконечно изобретательной и жестокой травлей со стороны иммунной системы, многие свободноживущие животные не слишком отстают от них. Закрепленные на одном месте фильтраторы и неподвижные растения в целом эволюционируют гораздо медленнее. Идея Черной Королевы, которая должна бежать, чтобы оставаться на одном месте, по крайней мере относительно соперников, едва ли не чужда миру этих организмов, которые остаются почти неизменными на протяжении многих геологических эпох, пока какое-нибудь внезапное бедствие не приводит к их вымиранию. Но из этого общего правила есть важное исключение, которое только подчеркивает значение подвижности: цветковые растения.

До пермского вымирания цветковые растения отсутствовали. Растительный мир был сплошь зеленым, как современный хвойный лес. Яркие краски, которыми заиграли цветы и плоды, стали лишь реакцией растений на изменения в животном мире. Цветы, как известно, привлекают опылителей — подвижных животных, переносящих пыльцу с цветка на цветок и тем самым дающих прикрепленным растениям возможность сполна наслаждаться выгодами секса. Яркие и вкусные плоды тоже взывают к животным, разносящим семена. В результате животные и цветковые растения стали эволюционировать совместно. Те и другие сделались незаменимы друг для друга: растения удовлетворяли важнейшие потребности опылителей и плодоядных, а животные невольно осуществляли тайные замыслы растений — по крайней мере, до тех пор, пока мы, люди, не вывели растения с бессемянными плодами. Это переплетение судеб ускорило эволюцию цветковых, сделав ее темпы сравнимыми с темпами эволюции животных, от которых они зависят.

Итак, подвижность связана с необходимостью иметь дело с быстро меняющейся средой, она подразумевает более тесное взаимодействие растений и животных, новые образы жизни, такие как хищничество, и более сложные экосистемы. Все эти факторы способствовали развитию органов чувств (позволяющих успешнее “прощупывать” окружающий мир) и ускорению эволюции (просто чтобы не отставать от других) не только животных, но и многих растений. В основе всех подобных новшеств лежит лишь одно изобретение: мышцы. На первый взгляд, мышцы не кажутся такими же совершенными органами, как глаза, но если рассмотреть их в микроскоп, нам откроется поразительная совокупность слаженно работающих волокон, рождающая силу и производящая впечатление глубокого замысла. Эти миниатюрные устройства превращают химическую энергию в механическую и достойны самых удивительных изобретений Леонардо да Винчи. Как возникли эти замысловатые устройства? В этой главе мы рассмотрим происхождение и эволюцию молекулярной аппаратуры, обеспечивающей мышечные сокращения, которая позволила животным вызвать перечисленные выше огромные изменения в жизни нашей планеты.

Мало какие свойства производят на нас такое же неизгладимое впечатление, как сильные мышцы. Мускулистые мужчины всегда, со времен Ахиллеса до известного “губернатора-терминатора”, вызывали вожделение и зависть. Но внешность — это еще не все. Параллельно с историей культа мускулатуры продолжались и попытки великих мыслителей и экспериментаторов разобраться в механизме ее работы. Со времен Аристотеля и до Декарта считалось, что мышцы не столько сокращаются, сколько раздуваются, подобно самомнению мускулистых людей. Предполагалось, что от желудочков мозга к мышечным волокнам поступает по полым нервам разряд невидимой и невесомой жизненной силы, отчего мышцы и раздуваются, укорачиваясь. Декарт, придерживавшийся механистических представлений о физиологии, предполагал существование в мышцах крошечных клапанов, не позволяющих жизненной силе утекать, подобно тому, как клапаны в кровеносных сосудах якобы не дают крови течь в обратном направлении.

Однако вскоре после смерти Декарта, в 60-х годах XVII века, было сделано открытие, которое разом перевернуло давно сложившиеся представления. Голландский экспериментатор Ян Сваммердам продемонстрировал, что объем мышц при сокращении не увеличивается, а, напротив, даже немного уменьшается. А раз так, мышцы едва ли могли сокращаться оттого, что раздувались от жизненной силы, как мочевой пузырь от мочи. В 70-х годах XVII века другой голландец — один из первых исследователей микромира Антони ван Левенгук - воспользовался увеличительными стеклами (он сам их великолепно делал), чтобы рассмотреть микроскопическую структуру мышечной ткани. Левенгук описал тонкие волокна, состоящие из “очень маленьких соединенных шариков”, образующих натянутые цепочки. Из тысяч цепочек таких шариков оказались сложены мышцы. Англичанин Уильям Крун предположил, что эти шарики могут быть микроскопическими пузырьками, меняющими форму мышцы, не увеличивая ее общего объема¹. Как именно это могло происходить, было сложно проверить экспериментально, но вполне доступно воображению. Несколько ведущих ученых предположили, что при наполнении этих пузырьков происходят в буквальном смысле взрывы. Например, Джон Мейоу предположил, что жизненная сила, поступающая в мышцы из нервов, представляет собой “азотно-воздушные частицы”. Эти частицы, смешиваясь с серными частицами крови, вызывают взрывы, аналогичные пороховым.

Но долго эти версии не продержались. Спустя восемь лет после своего первого исследования мышц Левенгук вновь рассмотрел открытые им “шарики” с помощью нового, более качественного увеличительного стекла. Мышечные волокна оказались вовсе не длинными цепочками крошечных пузырьков: это были именно волокна, разделенные на сегменты упорядоченными “кольцами и морщинами”, и именно эта поперечная полосатость создавала впечатление “шариков”. Более того, раздавив мышечные волокна и исследовав их содержимое под увеличительным стеклом, Левенгук понял, что они, в свою очередь, наполнены нитями еще меньшего размера, которых в каждом волокне около сотни. Сейчас описанные Левенгуком сегменты называют саркомерами, а заключенные в них нити — миофибриллами. Стало ясно, что сокращение мышц не имеет отношения к надувающимся пузырькам и связано исключительно с волокнами.

И все же, хотя ученые и высказали предположение, что мышечные волокна могут каким-то образом “скользить” друг по другу, они по-прежнему совершенно не представляли себе, какая сила заставляет эти волокна двигаться. Прошло почти сто лет, пока не была найдена сила, которая могла претендовать на эту роль, — электричество.

В 1780 году Луиджи Гальвани, профессор анатомии из Болонского университета, был поражен, увидев, как мышца в ноге мертвой лягушки резко сократилась от прикосновения скальпеля, когда в электрической машине на другом конце комнаты пробежала искра. Такой же реакции ему удалось добиться, потерев в ходе препаровки скальпель о медный крючок, а также в ряде других случаев, в том числе во время грозы. Эффект оживления электричеством, вскоре названный гальванизмом, произвел большое впечатление на Мэри Шелли, которая читала Гальвани незадолго до того, как в 1823 году написала готический роман “Франкенштейн”. Более того, одним из прототипов доктора Франкенштейна послужил племянник самого Гальвани — Джованни Альдини. В начале XIX века он ездил по Европе, демонстрируя “гальваническое оживление мертвых”. В ходе одной из самых известных демонстраций, проведенной в Английском королевском колледже хирургов, Альдини на глазах публики, среди которой были не только хирурги, но и герцоги и даже принц Уэльский, пропускал электрический ток через отрубленную голову преступника. По воспоминаниям самого Альдини, когда он приложил электроды ко рту и уху, “челюсть затряслась, прилежащие мышцы жутко скривились, а левый глаз даже открылся”.

Физик Алессандро Вольта из Университета Павии тоже находился под впечатлением от открытия Гальвани, но не соглашался с последним относительно причин этого явления. Вольта настаивал, что в самом организме нет никакого электричества и гальванизм представляет собой лишь реакцию на внешнее раздражение электрическими зарядами, вырабатываемыми металлами. Он утверждал, что хотя нога лягушки и может проводить электричество, как проводит его соляной раствор, это лишь пассивное качество. Гальвани и Вольта вступили в спор, который длился десять лет и в ходе которого их сторонники в лучших итальянских традициях разделились на два лагеря: приверженцев анимализма и металлизма, физиологии и физики, Болоньи и Павии.

Гальвани был убежден, что “животное электричество” действительно вырабатывается в живых организмах, но ему трудно было это доказать — по крайней мере, так, чтобы убедить в этом Вольту. Их спор может служить прекрасной иллюстрацией того, как сила скептицизма гальванизирует научное мышление. Придумывая всевозможные эксперименты, Гальвани установил, что мышцам от природы свойственна раздражимость (он сам это так назвал) — способность совершенно непропорционально реагировать на стимулы. Он даже предположил, что электричество может вырабатываться в самих мышцах за счет накопления положительных и отрицательных зарядов на внутренних поверхностях волокон. По его словам, электрический ток протекает при этом через поры, открывающиеся между двумя поверхностями.

Это была гениальная догадка, но, к сожалению, случай Гальвани может служить иллюстрацией еще и того, что история пишется победителями — даже в науке². Когда Гальвани отказался присягать Наполеону, войска которого в то время оккупировали Италию, он был изгнан из Болонского университета и в следующем же году умер в бедности. Его идеи были позабыты на десятки лет, а его самого долгое время помнили в основном как адепта оккультных идей “оживления электричеством” и оппонента Вольты. Самому же Вольте Наполеон в 1810 году пожаловал титул ломбардского графа, а впоследствии в его честь была названа единица измерения электрического напряжения — вольт. И все же, хотя Вольта по праву вошел в историю науки как изобретатель первой настоящей электрической батареи (“вольтова столба”), его представления о животном электричестве были глубоко ошибочны.

Идеи Гальвани снова оказались востребованы лишь в середине XIX века, особенно среди представителей немецкой школы биофизиков, самым известным из которых был великий Герман фон Гельмгольц. Ученые этой школы не только доказали, что мышцы и нервы действительно работают за счет “животного” электричества: Гельмгольц даже рассчитал скорость, с которой электрический импульс передается по нерву. Ученый воспользовался для этого методом, разработанным военными для определения скорости пушечного ядра. Оказалось, что нервные импульсы передаются на удивление медленно, со скоростью всего несколько десятков метров, а не сотни километров в секунду, как обычный электрический ток. Это открытие заставило предположить, что животное электричество какое-то особенное. Как вскоре удалось выяснить, особенность его состояла в том, что оно передается не неуловимыми электронами, которые носятся по проводам, а неповоротливыми заряженными атомами (ионами) калия, натрия и кальция, движущимися в поперечном направлении. Прохождение ионов сквозь мембрану внутрь клетки вызывает волну деполяризации, то есть временного сдвига в сторону большего положительного заряда внутри клетки. Деполяризация действует на соседние участки мембраны, которые тоже начинают пропускать ионы внутрь клетки, и в итоге по нерву или мышце прокатывается так называемый потенциал действия.

Как потенциал действия вызывает сокращение мышц? Чтобы ответить на этот вопрос, для начала нужно было ответить на другой, более общий: каков физический механизм сокращения мышц? Здесь снова помогли достижения микроскопии, позволившие обнаружить в мышечных волокнах упорядоченные полоски, которые, по-видимому, соответствовали материалам разной плотности. С конца 30-х годов XIX века английский хирург и анатом Уильям Боумен тщательно исследовал микроскопическое строение скелетных мышц сорока с лишним видов животных, в том числе человека и ряда других млекопитающих, а также птиц, рептилий, амфибий, рыб, ракообразных и насекомых. И у всех у них мышцы были расчерчены на сегменты — те самые саркомеры, которые еще 160 лет назад описал Левенгук. Но Боумен заметил, что внутри каждого саркомера тоже расположены чередующиеся темные и светлые полоски. При сокращении мышцы саркомеры укорачиваются, и светлые полоски исчезают, вызывая по словам Боумена, “темную волну сокращения”. Он сделал из этого вывод (совершенно правильный), что “сократимость присуща отдельным сегментам”.

Однако впоследствии Боумен отступился от собственного открытия. Он видел, что нервы, заходящие в мышцы, напрямую вовсе не взаимодействуют с саркомерами, поэтому электрический запуск работы последних должен был осуществляться по меньшей мере опосредованно. Особенно его беспокоили гладкие мышцы в сфинктерах и стенках артерий. Они не разделены на полоски, как скелетные мышцы, и все же прекрасно сокращаются. Боумен решил, что полоски не имеют непосредственного отношения к сокращению мышц и что тайна сократимости кроется в невидимой структуре молекул, которая навсегда останется “за пределами доступного пониманию”. Он оказался прав относительно значения молекулярного строения мышечных волокон, однако ошибся относительно полосок, как и пределов понимания. Но в то время с оговорками Боумена по вопросу о строении мышц соглашались почти все исследователи.

Зрение — явление редкое. Глаза, по крайней мере, в общепринятом смысле, отсутствуют у растений, а также у грибов, водорослей и бактерий. Даже среди животных глазами обладают далеко не все. Царство животных делят на тридцать восемь типов, каждому из которых свойственна собственная модель плана строения, принципиально отличная от других, но лишь шесть из этих типов обзавелись настоящими глазами. Остальные продержались не одну сотню миллионов лет, вообще не пользуясь выгодами зрения. И естественный отбор не покарал их за слепоту.

Но на этом спартанском фоне эволюционные выгоды глаз все же смотрятся внушительно. Типы животных далеко не равны, и некоторые из них гораздо “равнее” других. Например, тип хордовые, к которому относимся и мы сами, а также все остальные позвоночные, включает более сорока тысяч видов. Тип моллюски, включающий слизняков, улиток и осьминогов, включает сто тысяч видов. А тип членистоногие, в который входят ракообразные, пауки и насекомые, включает более миллиона видов (8о % описанных к настоящему времени животных). При этом многие не столь известные типы, в том числе такие живые диковинки, как стеклянные губки, коловратки, черви-приапулиды и гребневики (в основном знакомые только профессиональным зоологам), включают сравнительно мало видов — десятки или сотни, — а тип пластинчатые — всего один. Если рассмотреть все глазастые и все безглазые виды вместе взятые, мы увидим, что у 95 % видов животных имеются глаза: те немногие типы, которые все-таки приобрели глаза, с большим отрывом доминируют в современном мире.

Разумеется, их преобладание могло бы быть простой случайностью. Можно предположить, что планы строения этих видов обладают и другими, не столь явными преимуществами, неучтенными нами и не имеющими никакого отношения к глазам. Но это представляется маловероятным. Судя по всему, появление и развитие настоящих глаз, не только способных отличать свет от тьмы, но и давших их обладателям пространственное зрение, действительно преобразило всю эволюцию жизни на Земле. Древнейшие настоящие глаза появляются в палеонтологической летописи довольно резко, около 540 миллионов лет назад, вскоре после начала “кембрийского взрыва”, этого Большого взрыва эволюции, когда численность и разнообразие ископаемых поразительно резко увеличиваются. В то время в породах, где прежде сотни миллионов лет не сохранялось почти никаких следов животных, чуть ли не в одночасье появляются представители почти всех современных типов.

Изобретение глаз почти наверняка не случайно совпало с взрывом разнообразия животных в палеонтологической летописи, потому что пространственное зрение должно было поставить отношения между хищниками и жертвами на совершенно другую основу. Оно одно вполне могло стать (и, возможно, стало) причиной пристрастия кембрийских животных к тяжелым “доспехам”, сильно увеличившим вероятность успешного захоронения. Биолог Эндрю Паркер из лондонского Музея естественной истории в своей занимательной, хотя местами досадно пристрастной книге правдоподобно обосновал версию, согласно которой именно появление настоящих глаз и вызвало “кембрийский взрыв”. Действительно ли глаза могли возникнуть в ходе эволюции так резко (или же здесь палеонтологическая летопись вводит нас в заблуждение), мы обсудим позже. А сейчас давайте просто отметим, что зрение дает намного больше информации об окружающем мире, чем в принципе могут дать обоняние, слух или осязание, потому что Земля залита светом и остаться незамеченным почти невозможно. Многие из самых замечательных адаптаций в живой природе представляют собой реакцию на возможность быть увиденным. Одни из таких адаптаций способствуют половому размножению, как перья павлина или лепестки цветка, другие выставляют напоказ внушительные латы, как выросты на спине стегозавра, третьи помогают прятаться, как форма тела и окраска палочников. Наше общество придает зрению настолько большое значение, что едва ли есть смысл доказывать здесь его важность.

Проблема эволюции зрения не только важна в связи с его практической пользой, но и имеет культовый статус, связанный с предполагаемым совершенством глаз. Уже во времена Дарвина глаза называли одной из вершин творения, ставящих под сомнение саму концепцию естественного отбора. Могли такой сложный, такой совершенный орган действительно развиться в ходе эволюции без чьей-либо помощи? Критики спрашивали, какая может быть польза от половины глаза. Естественный отбор предполагает, что развитие любой структуры включает тысячи и тысячи постепенных переходов, каждый из которых должен делать организм хоть немного лучше. В противном случае недостроенная структура будет безжалостно уничтожена. Но глаз, по словам таких критиков, совершенен как часы и точно так же неупрощаем. Стоит вынуть несколько деталей, и весь механизм перестанет работать. Часы без стрелок бесполезны, как бесполезен и глаз без хрусталика или сетчатки, — такое утверждение нам часто приходится слышать. А если половина глаза бесполезна, значит, глаз не мог развиться путем естественного отбора или каким-либо другим известным современной биологии способом и должен быть признан доказательством высшего замысла.

Те, кто приводит подобные аргументы, обычно защищают с их помощью давно укрепленные позиции. Сторонники Дарвина возражают на это, что глаз на самом деле далеко не совершенен, и это прекрасно известно всем, кто носит очки или контактные линзы либо вообще теряет зрение. Это действительно так, но это наблюдение уязвимо как теоретический аргумент, потому что здесь не учитываются многие тонкости. Возьмем, например, человеческий глаз. Распространенный аргумент гласит, что в его строении есть принципиальные недостатки, которые на самом деле нужно признать как раз доказательством того, что он кустарно сработан эволюцией из неподходящих, непродуманных структур и испорчен отсутствием у нее дара предвидения. Сторонники этого взгляда утверждают, что профессиональный инженер спроектировал бы глаз гораздо лучше и, более того, что глаз осьминога спроектирован гораздо лучше глаза человека. Но эти поверхностные рассуждения не учитывают одного неудобного правила, которое называют вторым законом Лесли Оргела: эволюция умнее нас.

Давайте коротко обсудим этот случай. Глаз осьминога очень похож на наш и тоже устроен по принципу фотоаппарата: одна линза объектива (хрусталик) впереди и одна светочувствительная поверхность (сетчатка), соответствующая фотопленке, сзади. Поскольку наш последний общий предок с осьминогами был, по-видимому, той или иной формой червя и не имел настоящих глаз, глаза осьминогов и наши собственные глаза должны были развиться независимо, и их сходство обусловлено тем, что эволюция нашла с их помощью похожие решения одной и той же задачи. Этот вывод подтверждают и результаты детального сравнения двух обсуждаемых типов глаз. Глаза человека и осьминога развиваются у зародышей из разных тканей и отличаются по микроскопическому строению. На первый взгляд глаз осьминога устроен гораздо разумнее. Светочувствительные клетки сетчатки смотрят в сторону света, а отходящие от них нервные провода ведут прямо в мозг. Наша же сетчатка, как нередко говорят, включена в сеть не с той стороны, и ее устройство кажется совершенно бредовым. Светочувствительные клетки в ней смотрят как раз в противоположную сторону и покрыты нервными проводами, вначале почему-то идущими в сторону света и только после, кружным путем, приводящими в мозг. Чтобы достичь светочувствительных клеток, свет должен вначале пробираться через лес этих проводов. Более того, все эти провода собраны в пучок, пронзающий сетчатку и образующий зрительный нерв, в результате чего на сетчатке имеется слепое пятно¹.

Но не стоит спешить признавать превосходство глаз осьминогов над нашими. Как часто и бывает в биологии, на самом деле ситуация гораздо сложнее. Провода у нас в глазах бесцветны, поэтому не особенно препятствуют прохождению света, да и даже препятствуя ему, могут служить “волноводами”, направляя свет вертикально на светочувствительные клетки и тем самым оптимизируя использование попадающих в глаза фотонов. Кроме того (что, может, еще важнее), у нас есть то преимущество, что наши светочувствительные клетки непосредственно окружены “клетками поддержки” (пигментным эпителием сетчатки), к которым напрямую подходят кровеносные сосуды, обеспечивающие обильное кровоснабжение. Такое устройство позволяет поддерживать постоянный оборот светочувствительных пигментов. Человеческая сетчатка на единицу массы потребляет даже больше кислорода, чем головной мозг. Это самая энергоемкая структура во всем организме, так что подобная организация ее кровоснабжения необычайно ценна. Вероятнее всего, глаз осьминога не смог бы поддерживать столь же интенсивный обмен веществ в сетчатке. Но ему, наверное, это и не нужно. Живя под водой, куда попадает не так уж много света, осьминоги вполне обходятся без такого быстрого, как у нас, оборота светочувствительных пигментов.

Я хочу сказать, что любое биологическое устройство имеет свои достоинства и недостатки и возникает под действием уравновешивающих друг друга сил отбора, которые не всегда просто установить. В том-то и заключается проблема “очевидных” эволюционных объяснений: нам почти неизменно видна лишь половина картины. Аргументы, слишком концептуальные по своей природе, всегда уязвимы для контраргументов. Как и всякий ученый, я предпочитаю следовать фактам. Следует сказать, что бурное развитие молекулярной генетики за последние десятилетия привело к тому, что в нашем распоряжении оказалась масса фактов, дающих вполне конкретные ответы на конкретные вопросы. Из них складывается весьма убедительная картина эволюции глаза и его происхождения, как ни странно, от структур нашего очень далекого зеленого предка. В настоящей главе мы рассмотрим эту картину и увидим, чем полезна половина глаза, как возникли хрусталики и откуда взялись светочувствительные клетки сетчатки. А разобравшись во всем этом, мы убедимся, что изобретение глаза действительно изменило ход и скорость эволюции жизни.

К вопросу, какая может быть польза от половины глаза, легко отнестись насмешливо, уточнив, от какой половины: левой или правой. Я могу понять язвительный ответ Ричарда Докинза: от половины глаза может быть на 1% больше пользы, чем от 49 % глаза. Но если мы хотим ясно представить себе, что такое половина глаза, 49 % глаза нас только запутают. И все же половина глаза, понятая в буквальном смысле, дает нам очень хороший подход к интересующей нас проблеме. Глаз действительно отчетливо делится на две половины: переднюю и заднюю. Любому, кому доводилось бывать на конференциях офтальмологов, известно, что есть два больших клана: работающие с передними структурами глаза (делающие операции на хрусталике и роговице и лечащие бельмо и катаракту) и занимающиеся задними структурами глаза (сетчаткой), лечащие такие часто приводящие к слепоте расстройства, как макулодистрофия. Представители этих кланов взаимодействуют друг с другом неохотно и порой говорят чуть ли не на разных языках. Но это разделение вполне оправданно. Если убрать из глаза все оптические аксессуары, от него останется только голая сетчатка — ничем не покрытый светочувствительный слой. И именно эта голая сетчатка и послужила фундаментом для эволюции глаз.

Идея голой сетчатки может показаться странной, но она прекрасно вписывается в столь же странную среду — мир кислых гидротермальных источников — глубоководных “черных курильщиков”, с которыми мы познакомились в главе 1. Поля таких источников населены поразительными существами: все они так или иначе зависят от бактерий, живущих непосредственно за счет сероводорода, выделяемого источниками, Быть может, самые необычные из них (и определенно самые знаменитые) — гигантские черви рифтии, достигающие почти двух с половиной метров в длину. Рифтии — дальние родственники дождевых червей — особенно удивительны тем, что у них нет ни рта, ни кишечника, а питаются они за счет серных бактерий, которых выращивают внутри собственных тканей. Встречаются на подводных полях и другие гиганты, такие как двустворчатые моллюски.

Все эти гиганты обитают только в Тихом океане. Однако у “черных курильщиков” Атлантики есть свои чудеса, в частности креветки Rimicaris exoculata. Их научное название означает “безглазая рифтовая креветка”, о чем описавшие этот вид исследователи, должно быть, не раз пожалели. Разумеется, как и можно ожидать от существ с таким названием, живущих в беспросветных глубинах океана, эти креветки не имеют глаз в общепринятом смысле слова. У них нет глазных стебельков, как у их родичей, живущих ближе к поверхности, зато на спине есть два больших светлых участка. И хотя на первый взгляд в этих двух полосках нет ничего особенного, в темноте, освещаемые прожекторами подводных аппаратов, они светятся как кошачьи глаза.

Первой эти складки заметила Синди Ван Довер, и ее открытие положило начало одной из самых замечательных научных карьер нашего времени. Ван Довер относится к той породе исследователей, о представителях которой писал в свое время Жюль Верн и которая теперь стала не менее редким видом, чем любые из тех, что она изучает. В настоящее время Синди Ван Довер возглавляет Лабораторию моря в Университете Дьюка. Она посетила почти все известные гидротермальные источники, в том числе немало совершенно неисследованных, и была первой женщиной, управлявшей военно-морским глубоководным пилотируемым аппаратом “Алвин”. Впоследствии именно она открыла, что подобные гигантские моллюски и черви населяют и холодные участки морского дна, где из недр Земли сочится метан. Из этого следует, что движущей силой, обеспечивающей богатство придонной жизни в глубинах океана, служат химические условия, а не температура. Однако в конце 8о-х годов все это было еще впереди, и она, должно быть, чувствовала себя довольно неловко, когда посылала образцы спинных полосок слепой креветки специалисту по глазам беспозвоночных, сопроводив их глуповатым вопросом, не может ли это быть глазами. Но вскоре она получила лаконичный ответ: если изуродовать сетчатку, она может выглядеть примерно так. Хотя у слепых креветок нет обычных атрибутов глаз: роговицы, хрусталиков и так далее, у них обнаружилось что-то вроде голой сетчатки, образующей две полоски на спине — несмотря на то, что живут эти существа в беспросветных океанских глубинах.

Время мчится, когда поезд я веду”, — так поется в детской песенке. Но кто не испытывал в детстве и обратного ощущения, умирая от скуки на заднем сиденье и поминутно спрашивая: “Пап, мы уже приехали?” Думаю, большинство читателей вспомнят, как тяжело смотреть на дедушек и бабушек или родителей, постепенно переходящих на черепаший шаг и все чаще сидящих неподвижно, так что наши часы пролетают для них как минуты. Обе крайности очень далеки от нормального темпа нашей жизни, этого анданте здорового взрослого человека.

Не надо быть Эйнштейном, чтобы понять: время относительно. Но строгим физическим законам пространства и времени, которые установил Эйнштейн, в биологии, как всегда, соответствует поистине импрессионистская картина. Как сказал знаменитый острослов Клемент Фрейд, “если бросить курить, пить и любить, на самом деле дольше не проживешь — жизнь просто покажется дольше”¹. Но в некотором смысле время действительно летит в детстве и замедляется в старости. Это связано с нашими внутренними настройками, с интенсивностью обмена веществ, с частотой сердцебиения и скоростью кислородного “горения” пищи в клетках. И даже среди здоровых взрослых людей встречаются как гиперактивные, так и медлительные. Большинству из нас свойственно постепенно превращаться из первых во вторых. Скорость, с которой мы замедляемся, а иногда и набираем вес, бывает разной и в значительной степени зависит от интенсивности нашего метаболизма, во многом определяемой врожденными особенностями. Два человека, употребляющие одинаковое количество одной и той же пищи и получающие одинаковую физическую нагрузку, вполне могут с разной скоростью сжигать калории в состоянии покоя.

Но интенсивность обмена веществ нигде не бывает важнее, чем в определении разницы между теплокровными и холоднокровными существами. Хотя биологов эти термины раздражают, они наглядны и понятны почти каждому и несут столько же смысла, сколько соответствующие им заумные научные термины “гомойотермные” и “пойкилотермные”. Странное дело: я замечал, что некоторые биологические вопросы вызывают у нас, теплокровных, на удивление живой отклик, отдающий шовинизмом. Сколько, например, сломано копий в журналах и в интернете по поводу того, были ли динозавры теплокровными или холоднокровными. Этому сложно найти рациональное объяснение. Вероятно, здесь включаются некие чувства, возможно, связанные с самомнением, которое тешит мысль о том, что наших предков поедали не медлительные гигантские ящеры, а хитрые, коварные, ловкие чудовища, для выживания в борьбе с которыми им пришлось проявить незаурядные умственные способности. Кажется, что мы, млекопитающие, никак не можем простить динозавров за то, что когда-то нашим маленьким мохнатым предкам приходилось прятаться в тесноте подземных нор от царивших тогда хищников. Но ведь это было около ста двадцати миллионов лет назад, то есть по любым меркам очень давно.

Теплокровность — это, прежде всего, интенсивность обмена веществ, которая определяет темп жизни. Но теплая кровь выгодна и сама по себе, потому что при повышении температуры ускоряются все химические реакции, в том числе биохимические, лежащие в основе жизни. В диапазон температур тела большинства животных (примерно от о до 40° С) укладывается огромная разница в интенсивности биологических процессов. Например, потребление кислорода здесь увеличивается вдвое при повышении температуры на каждые 10° С, сопровождаясь резким увеличением выносливости и силы. Так что животное, температура тела которого 37° С, будет вдвое сильнее животного с температурой тела 27° С и вчетверо сильнее животного с температурой тела 17° С.

Но во многом дело все-таки не в температуре. Кровь теплокровных животных не обязательно теплее крови холоднокровных. Например, большинство рептилий прекрасно умеют нагревать свое тело на солнце, поднимая его температуру настолько, что она оказывается сравнимой с температурой тела млекопитающих и птиц. Разумеется, после захода солнца они уже не могут поддерживать такую высокую температуру тела, но ведь и млекопитающие с птицами ночью часто неактивны. Они могли бы тоже экономить энергию, понижая на это время температуру тела, но почему-то редко это делают — по крайней мере, редко понижают ее существенно (хотя колибри и могут ради экономии энергии впадать в кому). Сейчас, когда так много говорят о необходимости бережно расходовать энергию, защитники природы должны с ужасом смотреть на млекопитающих. Наш термостат заело на отметке 37° С, и он работает в этом режиме семь дней в неделю и двадцать четыре часа в сутки независимо от того, есть ли в этом потребность. Кроме того, здесь нет никаких альтернативных источников энергии: мы, в отличие от ящериц, не отапливаем свой организм за счет солнечных батарей, а в избытке вырабатываем тепло, сжигая горючие материалы во внутриклеточных теплоцентралях, попутно выделяя в больших объемах парниковый углекислый газ. Млекопитающие стали вести себя безответственно задолго до появления человека.

Можно подумать, что млекопитающие, не гася печей ночью, получают то преимущество, что они не нуждаются в разогреве по утрам, но у ящериц на доведение температуры тела до рабочего уровня уходит не так уж много времени. Например, у глухих игуан на макушке имеется полость, наполняемая кровью, которая позволяет им быстро нагреть все тело. По утрам они высовывают из нор головы, внимательно глядя по сторонам, чтобы в случае приближения хищника нырнуть обратно, и уже через полчаса согреваются достаточно, чтобы отправляться по делам. Приятное начало дня, не правда ли? При этом естественный отбор, как это часто бывает, не удовлетворился единственной функцией этого полезного приспособления. Некоторые из игуан, столкнувшись с хищником вдали от родной норы, могут брызгать из глаз кровью (полость у них на макушке связана с веками). Собак, например, это отпугивает.

Крупные размеры тоже позволяют животному поддерживать высокую температуру тела. Не нужно быть великим охотником, чтобы вообразить лежащие на полу шкуры двух животных. Представьте себе, что одна из этих шкур вдвое больше другой как в длину, так и в ширину. Это значит, что площадь шкуры большого животного в четыре раза больше, чем площадь шкуры маленького (2 x 2 = 4). Но при этом большое животное весило в восемь раз больше, чем маленькое, потому что было вдвое больше не только в длину и в ширину, но и в глубину (2 X 2 X 2 = 8). А значит, при каждом увеличении размеров вдвое отношение площади поверхности к массе или объему будет уменьшаться вдвое (4/8 = 1/2). Если предположить, что на каждый килограмм тела вырабатывается одно и то же количество тепла, то большое животное сможет вырабатывать намного больше тепла, чем маленькое. При этом большое животное будет и терять тепло намного медленнее, потому что относительная площадь поверхности его тела (по отношению к количеству вырабатываемого тепла) сравнительно мала. Итак, чем крупнее животное, тем легче ему согреваться. Если холоднокровные животные достигают достаточно больших размеров, они становятся теплокровными. Например, огромные аллигаторы считаются холоднокровными, но могут сохранять тепло так долго, что близки к теплокровности. Даже за ночь внутренняя температура их тела падает лишь на несколько градусов, хотя тепла они при этом вырабатывают мало.

Ясно, что многие динозавры успешно преодолели этот размерный порог. Фактически они были теплокровными, особенно если учесть, какой теплый и мягкий климат был на значительной части суши в благословенные времена их процветания. На полюсах в то время не было ледяных шапок, а уровень углекислого газа в атмосфере был в десять раз больше, чем сегодня. Иными словами, из некоторых простых физических принципов следует, что многие динозавры в любом случае были теплокровными, какой бы ни была интенсивность обмена веществ в их организме. Вполне вероятно, что гигантским растительноядным динозаврам было гораздо важнее охлаждаться, чем согреваться, и некоторые анатомические диковинки, такие как защитные спинные пластины стегозавра, вполне могли дополнительно использоваться для охлаждения, подобно слоновьим ушам.

Но если все было бы так просто, никто бы не спорил, были динозавры теплокровными или нет. В этом вольном понимании термина они точно были теплокровными — по крайней мере, многие из них. Те, кто любит наукообразные слова, могут называть эту разновидность теплокровности инерциальной зндотермией. Гигантские динозавры не только поддерживали высокую внутреннюю температуру тела, но и вырабатывали внутри тепло, причем точно так же, как это делают современные млекопитающие — сжигая пищу. Так в каком же строгом смысле слова “теплокровный” динозавры не были теплокровными? Некоторые из них, предположим, были теплокровными, в чем нам предстоит убедиться, но чтобы разобраться, чем по-настоящему удивительна теплокровность млекопитающих и птиц, нам придется отвлечься от гигантов и посмотреть, что происходит с животными меньшего размера, не достигающими “порога теплокровности”.

Представьте себе ящерицу. Она по определению холоднокровна — не может поддерживать высокую температуру тела в течение ночи. Самые крупные крокодилы недалеки от этого, но чем меньше животное, тем ему сложнее. Теплоизоляция, например шерсть или перья, помогает лишь до определенной степени, а к тому же может и мешать поглощать тепло из окружающей среды. Оденьте ящерицу в меховую шубку (стоит ли говорить, что некоторые добросовестные исследователи именнотан и делали), и она будет постепенно остывать, не имея возможности вырабатывать внутри тела достаточно тепла, чтобы компенсировать недостаток его притока извне. Но с млекопитающими и птицами ничего подобного не происходит, что и приводит нас к строгому определению теплокровности.

Млекопитающие и птицы вырабатывают в 10-15 Р^аз больше внутреннего тепла, чем ящерицы тех же размеров, причем вне зависимости от обстоятельств. Поместите ящерицу и млекопитающее в очень жаркую среду, и млекопитающее будет по-прежнему вырабатывать в десять раз больше внутреннего тепла, хотя это и не пойдет ему на пользу. Ему понадобится из кожи вон лезть, чтобы охладиться: пить воду, купаться, пыхтеть, прятаться в тень, обмахиваться веером, делать коктейли со льдом или включать кондиционеры. А ящерица будет только радоваться. Не удивительно, что ящерицы и вообще рептилии в целом гораздо лучше чувствуют себя в пустыне, чем млекопитающие.

А теперь попробуйте поместить ящерицу и млекопитающее в холодную среду, например такую, где температура будет около нуля. Ящерица зароется в листья, свернется клубком и погрузится в сон. Надо признаться, что многие мелкие млекопитающие поступили бы точно так же, но по умолчанию у нас установлены совсем другие настройки. Попадая в холод, мы просто сжигаем больше пищи. Млекопитающему, чтобы выбить в холодной среде, приходится сжигать в сто раз больше пищи, чем сжигает ящерица. Даже при температуре, скажем, около 20° С (во многих европейских странах такая темпера- •ура бывает теплым весенним днем) разница остается огромной, примерно тридцатикратной. Для поддержания столь непомерной интенсивности обмена веществ млекопитающему придется сжигать в тридцать раз больше пищи, чем рептилии, каждый день ему потребуется есть столько, сколько ящерица съедает за месяц. Учитывая, что даром еда не дается, это очень высокая цена.

Итак, цена, которую приходится платить за право быть млекопитающим или птицей, начинается примерно с десятикратной цены за то, чтобы быть ящерицей, а часто оказывается и гораздо выше. Что мы получаем взамен столь расточительного образа жизни? Очевидный ответ — возможность расширения экологических ниш. Хотя теплокровность может и не окупаться в пустыне, она позволяет добывать еду по ночам и сохранять активность зимой в умеренном климате, в то время как ящерицам недоступно ни то, ни другое. Еще одна выгода — умственные способности, хотя на первый взгляд не совсем ясно, почему они должны быть связаны с теплокровностью. У млекопитающих головной мозг и вправду крупнее (относительно размеров тела), нему рептилий. Крупный мозг не гарантирует ум и даже сообразительность, но, судя по всему, более интенсивный обмен веществ действительно сопряжен с поддержанием работы более крупного мозга. Ресурсов специально на него обычно не выделяется, но если и ящерица, и млекопитающее направляют, предположим, 3 % своих ресурсов на работу мозга, то у млекопитающего этот показатель окажется раз в десять выше, а, значит, оно сможет позволить себе в десять раз больше мозгов (обычно именно так и бывает). Однако у приматов, и особенно у людей, на работу мозга выделяется намного больше ресурсов. Например, у человека этот показатель составляет около 20 %, хотя наш мозг и составляет лишь несколько процентов от массы тела. Подозреваю, что умственные способности — это во многом лишь бонус теплокровности. Существуют и гораздо более дешевые способы обзавестись более крупным мозгом.

И все же складывается впечатление, что возможности расширения экологических ниш, ночной активности и дополнительных умственных способностей недостаточно для того, чтобы оправдать ту непомерно высокую цену, которую приходится платить за теплокровность. Кажется, чего-то здесь не хватает. Записанная в дебет цена питания, питания и еще раз питания отнюдь не ограничивается болями в животе. Добывание пищи требует серьезных затрат времени и усилий на охоту или собирательство и делает животное уязвимее для хищников и конкурентов. Пища порой заканчивается. И чем быстрее ешь, тем быстрее она заканчивается. В итоге популяции сокращаются. И действительно, интенсивность обмена веществ, как правило, определяет численность популяций, и у рептилий они часто оказываются в десять раз больше, чем у млекопитающих. По тем же причинам млекопитающие обычно оставляют меньшее потомство (хотя на свое немногочисленное потомство они и могут тратить больше ресурсов). Да и продолжительность жизни во многом определяется интенсивностью обмена веществ. Даже если Клемент Фрейд был прав, говоря о людях, его слова нельзя отнести к рептилиям. Возможно, они и вправду живут медленно и скучно, зато они действительно живут дольше. Гигантские черепахи могут жить сотни лет.

Итак, теплокровность собирает с нас обильную дань. Она означает короткую жизнь, полную опасностей, проведенную за едой. Она снижает размеры популяций и численность потомства, - а естественный отбор должен безжалостно карать и то, и другое. Что же мы получаем в порядке компенсации? Возможность не спать по ночам и гулять на морозе? Кажется, оно того не стоит, особенно если нам все равно требуется сон. И все же мы склонны отдавать самые почетные места в пантеоне жизни именно млекопитающим и птицам. Что же у нас с ними есть такое, чего нет у рептилий?

Единственный убедительный ответ — выносливость. Ящерицы вполне могут померяться с млекопитающими скоростью или силой мышц, а на коротких дистанциях даже оказаться быстрее и сильнее, однако они быстро выдыхаются. Попытайтесь схватить ящерицу: она скроется с глаз в одно мгновение. Но после этого ей придется отдыхать, иногда несколько часов, восстанавливая силы. Дело в том, что рептилии сложены не так, как те, чей удел — беготня. Как и бегуны-спринтеры, они полагаются на анаэробное дыхание, а не на атмосферный кислород, которого все равно бы не хватило. Правда, этот способ не позволяет бежать долго. Рептилии вырабатывают энергию (в форме АТФ) необычайно быстро, но с помощью процесса, вызывающего стремительное накопление молочной кислоты, от которой начинает сводить мышцы.

Эта разница и в структуре мышц. Как мы убедились в главе 6, существуют разные типы мышц. Они отличаются в том числе соотношениями трех ключевых составляющих: мышечных волокон, капилляров и митохондрий. Волокна сокращаются, создавая мышечную силу, капилляры поставляют кислород и удаляют отходы, а митохондрии сжигают пищу, окисляя ее кислородом и вырабатывая энергию, требуемую для сокращения мышц. Беда в том, что все они занимают драгоценное пространство, и чем больше в мышцах волокон, тем меньше остается места капиллярам и митохондриям. Мышцы, до отказа наполненные волокнами, могут обладать огромной силой, но будут быстро растрачивать энергию, необходимую для сокращения. Выбор типа мышц имеет самые далеко идущие последствия: большая сила и низкая выносливость или маленькая сила и высокая выносливость. Сравните грузного спринтера с тощим бегуном на длинные дистанции, и вы оцените разницу.

У нас имеются мышцы сразу нескольких типов, и соотношение их меняется в зависимости от обстоятельств, например от того, живем ли мы на уровне моря или высоко в горах. Значительную роль здесь может играть и образ жизни. Если вы будете тренироваться бегать спринт, то у вас разовьются объемные, быстро сокращающиеся мышцы, отличающиеся большой силой, но низкой выносливостью. Если же тренироваться бегать на длинные дистанции, то развиваются мышцы, работающие медленно, зато долго. Различия по этим показателям зависят также от врожденных особенностей отдельных людей или человеческих популяций, поэтому в течение жизни многих поколений на них может влиять отбор, если тому способствуют обстоятельства. Именно поэтому у непальцев, коренного населения Восточной Африки и андских индейцев есть немало общих черт, помогающих им жить высоко в горах. Народы, живущие на равнинах, обычно отличаются более грузным телосложением.

В классической работе 1979 года, которую опубликовали Альберт Беннет и Джон Рубен из Калифорнийского университета в Ирвайне, утверждается, что именно такие отличия лежат в основе теплокровности. Эти исследователи доказывали, что разница между теплокровностью и холоднокровностью вовсе не в температуре, а в выносливости. Их концепция известна как гипотеза аэробной мощности, и даже если она не во всем верна, она радикально изменила представления исследователей, работающих в этой области.

Гипотеза аэробной мощности сводится к двум тезисам. Во-первых, отбор работает не с температурой, а с повышенной активностью, которая во многих обстоятельствах приносит непосредственную пользу. Вот как сформулировали это сами Беннет и Рубен:

Селективные преимущества повышенной активности отнюдь нетрудноуловимы и имеют принципиальное значение для выживания и размножения. Более выносливое животное получает перед менее выносливыми преимущество, которое легко представить в терминах, связанных с отбором. Такое животное может дольше поддерживать высокую скорость при погоне или бегстве, добывая себе пищу или стремясь не стать пищей хищнику. Оно будет превосходить других по способности защищать свою территорию или вторгаться на чужую. Оно будет успешнее осуществлять ухаживание и спаривание.

С этим трудно спорить. Польский зоолог Павел Котея предложил интересное уточнение этого тезиса. Он подчеркнул значение активной заботы о потомстве, связанной с кормлением детенышей в течение нескольких месяцев или даже лет, характерной для млекопитающих и птиц, но не для холоднокровных животных. Такие “вложения” в потомство требуют ощутимой выносливости и могут существенно повысить шансы животного на выживание, когда оно наиболее уязвимо. Но как бы там ни было, именно второй тезис гипотезы аэробной мощности оказывается и проблематичнее, и интереснее. Он касается взаимосвязанности выносливости и отдыха. Беннет и Рубен утверждают, что неизбежно существует связь между максимальной интенсивностью обмена веществ и уровнем его интенсивности в состоянии покоя. Сейчас объясню.

Максимальная интенсивность обмена веществ определяется как количество кислорода, потребляемое во время максимального напряжения, когда силы организма на пределе. Этот показатель зависит в том числе от физической формы и, разумеется, от генов, но в итоге определяется скоростью потребления кислорода конечными пользователями — митохондриями мышечных клеток. Чем быстрее они потребляют кислород, тем больше максимальная интенсивность обмена. Нетрудно догадаться, что скорость потребления кислорода митохондриями должна быть связана с целым рядом взаимосвязанных факторов. Она определяется числом митохондрий, числом поставляющих им кислород капилляров, давлением крови, размерами и строением сердца, числом красных кровяных телец, тонкой молекулярной структурой переносящего кислород пигмента (гемоглобина), размерами и строением легких, диаметром трахеи, силой диафрагмы и так далее. Если хоть один из этих факторов не работает вровень с другими, максимальная интенсивность обмена веществ не будет достигнута.

Так что отбор на выносливость — это то же, что отбор на высокую максимальную интенсивность обмена веществ, который, в свою очередь, сводится к отбору на целый ряд признаков, связанных с дыханием. Беннет и Рубен утверждают, что высокая максимальная интенсивность обмена так или иначе повышает и интенсивность обмена в состоянии покоя. Иными словами, “атлетичное” млекопитающее с высокой выносливостью должно обладать и высокой интенсивностью обмена в состоянии покоя: такое животное должно потреблять довольно много кислорода даже тогда, когда оно просто лежит и ничего не делает. Беннет и Рубен доказывали это эмпирическим путем. Они отмечали, что, каковы бы ни были причины этого соотношения, максимальная интенсивность обмена всех животных, будь то млекопитающие, птицы или рептилии, обычно примерно раз в десять выше, чем интенсивность обмена в состоянии покоя.

А значит, отбор на высокую максимальную интенсивность обмена должен поднимать и интенсивность обмена в покое. Если максимальная интенсивность возрастает в десять раз, что соответствует разнице между млекопитающими и ящерицами, то интенсивность в покое тоже должна увеличивается в десять раз. А когда до этого доходит, животное начинает вырабатывать такое количество тепла, что становится теплокровным в том смысле, что температура его тела постоянно остается высокой.

Эта гипотеза красива и выглядит вполне разумной, но при ближайшем рассмотрении оказывается трудно представить, почему максимальная интенсивность обмена непременно должна быть связана с интенсивностью обмена в покое. Максимальная интенсивность определяется количеством кислорода, доставляемого к мышцам, а в покое вклад мышц в расход кислорода невелик. Главную же роль в его потреблении играют мозг и другие внутренние органы: печень, поджелудочная железа, почки, кишечник, и так далее. Непонятно, почему печень тоже должна потреблять много кислорода, если много кислорода потребляют мышцы. По крайней мере, вполне можно представить себе животное, обладающее очень высокой аэробной мощностью и очень низкой интенсивностью обмена веществ в покое, — своего рода форсированную ящерицу, объединившую в себе лучшие качества теплокровных и холоднокровных животных. Вполне возможно, что динозавры были именно такими форсированными ящерицами. Откровенно говоря, немного неловко, что мы по-прежнему не знаем, почему у современных млекопитающих, рептилий и птиц максимальная интенсивность обмена должна быть связана с интенсивностью обмена в покое и может ли эта связь у каких-то животных разрываться. Известно, что наиболее атлетичные млекопитающие, такие как североамериканское парнокопытное вилорог, обладают очень высокой аэробной мощностью: максимальная интенсивность обмена у них примерно в шестьдесят пять раз выше, чем интенсивность обмена в покое, а значит, связь между этими параметрами все-таки может нарушаться. То же самое относится и к некоторым рептилиям. Например, максимальная интенсивность обмена у миссисипского аллигатора по меньшей мере в сорок раз выше, чем интенсивность обмена в состоянии покоя.

Как бы там ни было, у нас есть основания считать, что Беннет и Рубен правы. Особенно отчетливо на это указывает источник тепла большинства теплокровных животных. Существует много способов непосредственно вырабатывать тепло, но большинство теплокровных животных к ним не прибегают и тепло у них вырабатывается как побочный продукт обмена веществ. Только у мелких млекопитающих, быстро теряющих тепло, таких как крысы, оно вырабатывается напрямую. Крысы (а также детеныши многих других млекопитающих) пользуются для этого специальной тканью, так называемым бурым жиром, со множеством работающих митохондрий. Эти митохондрии и производят тепло, применяя несложный трюк. В норме в митохондриях возникает электрический ток, который представляет собой поток протонов, проходящих через мембрану. Этот ток используется для синтеза АТФ — энергетической валюты клетки (см. главу 1). Для работы данного механизма требуется сплошная мембрана, играющая роль изоляции. Любая брешь в мембране вызывает короткое замыкание, рассеивающее энергию протонов в виде тепла. Именно это и происходит в буром жире: в мембраны его митохондрий специально вставлены белковые поры, создающие в ней течь. В итоге вместо АТФ эти митохондрии вырабатывают тепло.

Итак, если главная задача — выработка тепла, то ее решение — протекающие митохондрии. Если сделать все митохондрии протекающими, как в буром жире, то вся энергия, получаемая из пищи, будет преобразовываться непосредственно в тепловую. Это простой и быстрый процесс, к тому же не требующий много места, потому что даже небольшое количество ткани позволяет вырабатывать довольно много тепла. Но обычно этот механизм не используется. Степень протекания митохондрий у ящериц, млекопитающих и птиц вполне сравнима. Разница между теплокровными и холоднокровными существами касается, прежде всего, размеров органов и числа митохондрий. Например, печень крысы гораздо крупнее печени любой ящерицы такого же размера и содержит намного больше митохондрий. Иными словами, внутренние органы теплокровных существ, по сути, снабжены турбонагревателями. Эти животные потребляют кислород в огромных количествах, но не для того, чтобы напрямую вырабатывать тепло, а для того, чтобы ускорить обмен веществ. Тепло у них первоначально вырабатывалось как побочный продукт и лишь впоследствии, с развитием наружной термоизоляции, такой как шерсть и перья, тоже было поставлено на службу.

Переход к теплокровности в ходе индивидуального развития современных животных свидетельствует в пользу того, что теплокровность связана скорее с работой внутренних органов в качестве турбонагревателей, чем с выработкой собственно тепла. Фрэнк Зебахер, специалист по эволюционной физиологии из Сиднейского университета, недавно занялся поисками генов, осуществляющих переход к теплокровности у зародышей птиц, и обнаружил, что интенсивная работа внутренних органов запускается всего одним “геном-господином” (он кодирует белок РбС-га), заставляющим делиться митохондрии в клетках этих органов. Управлять размерами органов тоже нетрудно, регулируя с помощью других “генов-господ” настройки, определяющие соотношение деления и гибели клеток. Короче говоря, сделать из органов турбонагреватели с помощью генов не так уж сложно (этим процессом может управлять лишь горстка генов), но в энергетическом плане это очень дорогостоящая операция, поэтому отбор может поддерживать ее лишь в том случае, если она будет окупаться с лихвой.

Итак, сценарий, описываемый гипотезой аэробной мощности, в целом убедителен. Нет никаких сомнений в том, что выносливость у теплокровных животных гораздо выше, чем у холоднокровных: обычно раз в десять, если оценивать ее по аэробной мощности. И у млекопитающих, и у птиц эта зашкаливающая аэробная мощность сочетается с повышенным обменом веществ в состоянии покоя, который обеспечивают крупные внутренние органы, богатые митохондриями и работающие как турбонагреватели, так что специально на выработку тепла не тратится особых усилий. Подозреваю, что высокая аэробная мощность действительно сопряжена с усиленной работой системы обеспечения. Эта идея вполне проверяема. Можно проводить искусственный отбор на повышение аэробной мощности и отслеживать, будет ли повышаться интенсивность обмена в покое. Эти два параметра должны по меньшей мере коррелировать, даже если причинно-следственную связь между ними сложно доказать.

С тех пор, как эта гипотеза была выдвинута, прошло почти тридцать лет. Было предпринято немало попыток проверить ее экспериментально, но ни одна не увенчалась полным успехом. Между максимальной интенсивностью обмена и интенсивностью обмена в покое в целом действительно наблюдается корреляция — но не более того, причем из данного правила есть немало исключений. Возможно, на каком-то этапе эволюции эти два параметра и вправду были связаны, даже если физиологические причины и не требуют строгой связи между ними. Не зная подробностей эволюционной истории теплокровности, трудно сказать точно. Но на сей раз палеонтологическая летопись, оказывается, все-таки может дать нам ключ к ответу. Вполне вероятно, что недостающее звено кроется не в физиологии, а в превратностях судьбы.

Теплокровность — это, по сути, усиленный режим работы внутренних органов, например печени. Но время беспощадно к мягким тканям, и даже шерсть в ископаемом состоянии нечасто сохраняется. Поэтому долгое время по палеонтологической летописи сложно было разобраться в происхождении теплокровности, и даже сегодня об этой проблеме не так уж редко идут ожесточенные споры. Но пересмотр палеонтологической летописи в свете гипотезы аэробной мощности — задача вполне выполнимая, поскольку и строение скелета может о многом нам рассказать.

Предполагаемые предки млекопитающих и птиц известны еще из триасового периода, начавшегося около двухсот пятидесяти миллионов лет назад. Этот период последовал непосредственно за крупнейшим массовым вымиранием за всю историю нашей планеты — пермским вымиранием, которое, как полагают, привело к исчезновению примерно 95 % существовавших тогда видов. Среди тех немногих, кто пережил тот апокалипсис, были две группы рептилий: терапсиды (“звероподобные рептилии”), предки современных млекопитающих, и архозавры (от греческого “правящие ящеры”), предки птиц и крокодилов, а также динозавров и птерозавров.

Учитывая последующее господство динозавров, может показаться странным, что в начале триаса именно терапсиды были наиболее успешной из этих двух групп. Их потомки, млекопитающие, уменьшились в размерах и стали жить в норах еще до того, как начался расцвет динозавров. Но в раннем триасе господствующими рептилиями были представители рода листрозавров (греч. Lystrosaurus — “ящер-лопата”) — растительноядные животные размером со свинью, с двумя короткими и толстыми бивнями, широкой мордой и грудью колесом. Какой образ жизни вели листрозавры, трудно сказать. Многие годы их считали полуводными животными, некрупными рептильными бегемотами, но теперь полагают, что они обитали в довольно сухом климате и предположительно рыли норы, как и многие другие терапсиды. Мы вернемся к значению этого позже, но так или иначе, начало триаса было периодом доминирования листрозавров, ничего подобного которому никогда впоследствии не наблюдалось. Утверждают, что на некотором отрезке времени листрозавры составляли 95 % всех наземных позвоночных. Вот что писал об этом американский поэт и натуралист Кристофер Кокинос: “Представьте, что вы проснетесь завтра и отправитесь в путешествие по континентам, и везде вам будут встречаться, скажем, одни белки”.

Листрозавры были растительноядными (может быть, единственными растительноядными рептилиями того времени) и во времена своего господства не боялись никаких хищников. В более поздние эпохи триасового периода листрозавров начала вытеснять другая, родственная им группа терапсид — так называемые цинодонты (“собачьи зубы”), и в конце триаса, около двухсот миллионов лет назад, листрозавры вымерли. Среди цинодонтов были как растительноядные, так и хищные. Именно от цинодонтов и произошли млекопитающие, возникшие ближе к концу триаса. Цинодонты уже обладали многими признаками высокой аэробной мощности, в том числе твердым нёбом (отделяющим дыхательные каналы от ротовой полости и позволяющим одновременно дышать и жевать), широкой грудью с видоизмененной грудной клеткой и, по-видимому, мускулистой диафрагмой. Более того, их носовые ходы были увеличены и содержали тонкие решетчатые кости — так называемые носовые раковины. Вполне возможно, цинодонты были даже покрыты шерстью, хотя они откладывали яйца, как большинство рептилий.

Итак, вполне вероятно, что цинодонты уже обладали повышенной аэробной мощностью, которая должна была обеспечивать им высокую выносливость. Но какова была интенсивность их обмена веществ в состоянии покоя? Были ли они уже теплокровными? Джон Рубен утверждает, что одним из немногих надежных признаков повышенного уровня обмена в состоянии покоя могут служить носовые раковины. Эти структуры уменьшают потерю воды при дыхании, что может быть принципиально, если высокая интенсивность дыхания поддерживается постоянно, а не сопровождает непродолжительные периоды активности. Поскольку у современных рептилий интенсивность обмена в состоянии покоя невелика, в этом состоянии они дышат очень сдержанно и не нуждаются в приспособлениях, снижающих потерю воды. В итоге ни у одной современной рептилии носовых раковин нет, в то время как у всех настоящих теплокровных существ такие раковины имеются, хотя из этого правила есть исключения: приматы и некоторые птицы. Ясно, что носовые раковины при теплокровности полезны, хотя в них и нет абсолютной необходимости, и их наличие у ископаемых может служить важным ключом к разгадке происхождения теплокровности. Учитывая также предполагаемое наличие шерсти (имеются лишь косвенные указания, потому что в ископаемом виде она не сохранилась), судя по всему, цинодонты на определенном этапе эволюционной линии, ведущей к млекопитающим, действительно стали теплокровными.

Но, несмотря на все это, цинодонты вскоре отошли на второй план, и в результате позднетриасового “переворота”, осуществленного воинственными архозаврами, они были вынуждены перейти к скрытному, ночному образу жизни. Если у цинодонтов к тому времени уже выработалась теплокровность, то как обстояли дела у победителей — группы, из которой вскоре возникли динозавры? Последние дожившие до наших дней потомки архозавров — крокодилы и птицы — соответственно холоднокровны и теплокровны. Где-то на пути к первым птицам у архозавров должна была выработаться теплокровность. Но у каких и почему? И были ли среди них динозавры?

Здесь ситуация осложняется, и некоторые вопросы вызывают среди ученых жесточайшие споры. Птицы, как и динозавры, привлекают к себе столько внимания, что иногда об их происхождении высказываются версии, которые лишь с натяжкой можно назвать научными. Уже давно считается, что птицы так или иначе родственны динозаврам, особенно одной их группе — так называемым тероподам, к которым относится, в частности, знаменитый тираннозавр (Tyrannosaurus rex). С 80-х годов XX века был проведен целый ряд сравнительно-анатомических систематических исследований (в рамках подхода, именуемого кладизмом), результаты которых довольно убедительно показывают, что эволюционная линия птиц восходит непосредственно к одной из ветвей теропод. Это означает, что птицы не просто родственны динозаврам: они сами представляют собой динозавров — птичью линию теропод. Хотя большинство специалистов согласны с этими выводами, существует и меньшинство, представители которого доказывают их ошибочность. Их лидером считается выдающийся палеоорнитолог Алан Федуччиа из Университета Северной Каролины. Он утверждает, что птицы произошли от более ранней (какой точно, неизвестно) группы архозавров, отделившейся от их ствола еще до возникновения теропод. Согласно этим представлениям, птицы не динозавры, а особая, отдельная группа архозавров.

Последние данные, полученные по этой проблеме, вызвали особенно громкий резонанс. Они касаются не морфологических признаков, а белков. Удивительное открытие, которое сделали в 2007 году Джон Асара и его коллеги из Гарвардской медицинской школы, состояло в том, что одна необычайно хорошо сохранившаяся кость тираннозавра возрастом около шестидесяти восьми миллионов лет по-прежнему содержит фрагменты коллагена — главного органического компонента костей. Исследователям удалось прочитать последовательность аминокислот нескольких фрагментов, а затем соединить их и получить небольшой участок последовательности аминокислот коллагена тираннозавра. В 2008 году ученые сравнили этот участок с соответствующими участками последовательностей аминокислот в коллагене млекопитающих, птиц и аллигаторов. Этот участок невелик, так что восстановленная на его основе картина может и не соответствовать действительности, но на первый взгляд ближайшим современным родственником тираннозавра из всех исследованных видов оказалась курица, а следующим, тоже довольно близким — африканский страус. Неудивительно, что публикация этих данных была встречена бурей одобрения в газетах, читателям которых давно хотелось знать, каково было мясо тираннозавра на вкус. Но гораздо существеннее было то, что исследование коллагена в целом подтвердило выводы кладистов о том, что птицы представляют собой одну из ветвей динозавров-теропод.

Другой камень преткновения представляет оперение. Алан Федуччиа и ряд других ученых долгое время утверждали, что перья развились у птиц как приспособление для полета, которым они овладели настолько, что оно кажется граничащим с чудом. Но если перья развились как приспособление для полета, их никак не должно было быть у нелетающих теропод, таких как тираннозавр. Федуччиа именно это и доказывал, но за последнее десятилетие в Китае удалось раскопать целый ряд оперенных динозавров. Хотя некоторые из их остатков и вызывают сомнения в правильности интерпретации, в данном случае большинство специалистов также убеждено, что нелетающие тероподы, в том числе вероятный маленький предок тираннозавров, действительно имели оперение.

Альтернативная точка зрения, согласно которой “перья” нелетающих теропод были не тем, чем кажутся, и на самом деле представляют собой раздавленные коллагеновые волокна, отдает подгонкой под ответ. Если это действительно были просто коллагеновые волокна, сложно объяснить, почему они встречаются преимущественно у представителей одной группы теропод — так называемых рапторов, к числу которых относятся и велоцирапторы, прославленные авторами “Парка юрского периода”, а также почему они выглядят точно так же, как перья самых настоящих птиц, ископаемые остатки которых сохранились в тех же отложениях. Мало того, что эти перья похожи на перья: некоторые из рапторов, особенно микрорапторы, могли, судя по всему, планировать с дерева на дерева с помощью перьев, обильно покрывавших у них все четыре конечности (или, если можно так выразиться, все четыре крыла). Мне сложно поверить, что эти прекрасно сохранившиеся перья - на самом деле не перья, и даже Федуччиа уже начал в этом сомневаться. Однако вопрос, имеет ли планирующий полет микрорапторов с дерева на дерево отношение к возникновению полета у настоящих птиц или у их ближайших родственников - археоптериксов, — остается спорным.

Вывод о том, что перья возникли у динозавров-теропод еще до возникновения полета, подтверждают результаты исследований зародышевого развития птичьих перьев, особенно в сравнении с развитием кожи у зародышей крокодилов. Напомним, что крокодилы тоже представляют собой сохранившуюся ветвь архозавров, появившихся в триасе. Расхождение ветвей крокодилов и динозавров (в том числе птиц) началось в середине триаса, около 230 миллионов лет назад. Однако как бы давно предки крокодилов ни разошлись с предками птиц, в их организме уже были “семена” перьев. Даже у современных крокодилов в коже зародышей сохранилисьте же слои, из которых у птиц развиваются перья, а также белки (так называемые кератины пера), которые, естественно, отличаются легкостью, гибкостью и прочностью.

Кератины пера присутствуют в основном в тех слоях кожи зародышей крокодилов, которые сбрасываются после выхода из яйца, обнажая развивающееся под ними покрытие из чешуи (при этом остатки кератинов пера присутствуют и в чешуе взрослых крокодилов). У птиц подобная чешуя имеется на ногах, и слои кожи, покрывающие ее у зародыша, тоже сбрасываются после вылупления. Лоренцо Алибарди, специалист по эволюционному развитию перьев из Болонского университета, показал, что перья развиваются из тех самых слоев кожи зародыша, которые сбрасываются при образовании чешуи. Зародышевая чешуя при этом удлиняется, образуя трубчатые нити — бородки. Эти полые структуры напоминают волосы, однако имеют стенки из живых клеток, происходящих из определенных слоев зародышевой кожи, так что в любой части бородок могут отрастать ветви⁷. Самые простые перья (пуховые) представляют собой пучки бородок, растущих из одной точки, в то время как маховые перья оснащены множеством ветвистых бородок, плотными рядами отходящих от центрального стержня. Живые клетки стенок бородок откладывают кератин, а затем дегенерируют, обнажая построенную из кератина ветвящуюся структуру. Так развивается перо. У крокодилов имеются не только слои кожи и белки, задействованные в росте перьев, но даже гены, необходимые для управления этим процессом, что заставляет предположить наличие этих генов и у тех архозавров, которые были общими предками крокодилов и птиц. Изменились только программы развития. Близкое эмбриологическое родство между птичьими перьями и чешуей выдает также одна в высшей степени странная мутация, приводящая к тому, что у птиц на ногах на месте чешуй вырастают перья. Однако оперенных крокодилов еще никто пока не встречал.

В итоге складывается впечатление, что примитивные перья имелись чуть ли не у древнейших архозавров, и нет ничего удивительного в том, что у теропод начали отрастать “придатки эпидермиса”, по-видимому, весьма разнообразные, от щетинок (как у птерозавров) до простых ветвящихся структур вроде пуховых перьев. Но для чего они, если не для полета? На этот вопрос есть целый ряд правдоподобных ответов, отнюдь не взаимоисключающих: привлечение полового партнера, участие в работе органов чувств, защитные функции (придатки эпидермиса могли увеличивать видимые размеры тела или образовывать иглы, как у дикобраза), а также, разумеется, теплоизоляция. Перья, в изобилии обнаруженные у теропод, несомненно, повышают вероятность того, что эти животные были теплокровными, как и их современные родичи — птицы.

Имеются и другие данные, указывающие на то, что тероподы были довольно активными динозаврами — по крайней мере, они отличались выносливостью. В частности, это сведения, касающиеся строения сердца. У крокодилов и птиц, в отличие от ящериц и большинства других рептилий, мощное четырехкамерное сердце. Это заставляет предположить, что сердце такого типа унаследовано птицами и крокодилами от общих предков и что им обладали и другие архозавры, в том числе динозавры. Четырехкамерное сердце важно тем, что оно разделяет кровообращение на два круга, по одному из которых кровь поступает в легкие, а по второму — ко всем остальным органам. Эта схема имеет два важных преимущества. Во-первых, она позволяет под большим давлением закачивать кровь в мышцы, мозг и другие органы, не вызывая повреждений в тонких тканях легких (из-за которых может развиваться отек, нередко приводящий к смертельному исходу). Ясно, что более высокое давление крови позволяет поддерживать более высокий уровень активности, а также достигать намного более крупных размеров. Гигантские динозавры с длинными шеями не смогли бы снабжать свой мозг кровью без четырехкамерного сердца. Во-вторых, полное разделение системы кровообращения на два круга означает, что насыщенная кислородом кровь больше не смешивается с ненасыщенной, когда возвращается в сердце из легких, откуда она сразу же поступает в другие органы, с предельной эффективностью доставляя кислород туда, где он нужен. Хотя четырехкамерное сердце не обязательно означает теплокровность (в конце концов, крокодилы холоднокровны), без него добиться высокой аэробной мощности почти невозможно.

Дыхательная система теропод, судя по всему, была похожа на птичью и позволяла поддерживать высокий уровень активности. Механизм работы легких у птиц отличается от нашего. Он гораздо эффективнее даже на небольших высотах. На больших же высотах разница оказывается колоссальной. Птицы могут извлекать из разреженного воздуха втрое больше кислорода, чем млекопитающие. Именно поэтому гуси способны совершать перелеты, поднимаясь в небо на тысячи футов выше вершины Эвереста, в то время как млекопитающие начинают задыхаться и на куда меньших высотах.

Наши легкие устроены как дерево с глубоким разветвленным дуплом, в которое воздух попадает через отверстие у основания ствола (соответствующее трахее) и заходит в две ветви (соответствующих главным бронхам), где “распускается”. Но “веточки” наших легких заканчиваются не острыми концами, а маленькими надувными шариками — альвеолами, стенки которых пронизаны капиллярами. В этих шариках происходит газообмен: здесь гемоглобин, содержащийся в красных кровяных тельцах, отдает углекислый газ и связывает кислород, после чего насыщенная кислородом кровь возвращается в сердце. Вся система шариков при вдохе и выдохе надувается и сдувается, как кузнечные мехи, за счет работы диафрагмы и мышц грудной клетки. Неизбежный недостаток этой системы состоит в том, что разветвленное дупло заканчивается слепыми отростками, где воздух едва перемешивается, хотя именно туда и требуется обеспечить прежде всего приток воздуха. И даже тот воздух, который все-таки достигает альвеол, попутно смешивается с выдыхаемым воздухом и оказывается не таким уж и свежим.

Птичьи же легкие представляют собой превосходную модификацию легких рептилий. Легкие у рептилий обычно простые: это всего лишь большие надувные мешки, центральная полость которых разделена перегородками из легочной ткани — так называемыми спетами. Легкие рептилий, как и млекопитающих, работают подобно кузнечным мехам — либо за счет расширения грудной клетки, либо (у крокодилов) за счет действующей по принципу поршня диафрагмы, соединенной с печенью и двигаемой мышцами, прикрепленными к лобковой кости. Это делает легкие крокодила похожими на шприц, который тоже наполняется за счет того, что его поршень отводится назад. Хотя этот способ дыхания вполне эффективен, птицы зашли намного дальше, превратив половину своего тела в сложную однонаправленную систему взаимосвязанных воздушных мешков. Воздух входит в их легкие не напрямую, а вначале поступает в воздушные мешки, после чего, уже на выходе, проходит сквозь легкие. В результате воздух в птичьих легких не застаивается, как в наших, а постоянно замещается. Свежий воздух в птичьих легких проходит мимо септ (тоже усовершенствованных) как на вдохе, так и на выдохе. Это происходит за счет движений нижней части грудной клетки и системы воздушных мешков задней части тела. Диафрагмы у птиц нет, что тоже принципиально. Более того, воздух в птичьих легких движется в одну сторону, а кровь — в другую, противоположную, что, согласно принципу противотока, позволяет осуществлять газообмен с максимальной эффективностью.

Вопрос, разделивший исследователей на два враждовавшие не одно десятилетие лагеря, касается того, какие легкие были у древних теропод: поршневые, как у крокодилов, или вентилируемые сквозным путем, как у птиц. Птичья система воздушных мешков заходит не только в мягкие ткани внутри брюшной полости и грудной клетки, но даже в кости, в том числе в ребра и в позвоночник. Давно было известно, что у ископаемых теропод в костях имелись полости, причем в тех же местах, где и у птиц. Одним из главных разжигателей вражды между специалистами был американский палеонтолог Роберт Бэккер, в 70-х годах на основании этих и других сведений реконструировавший динозавров как активных теплокровных животных. Именно те революционные представления и вдохновили Майкла Крайтона на написание книги “Парк юрского периода”, по которой впоследствии был снят одноименный фильм. Однако Джон Рубен и его коллеги реконструировали легкие ископаемых теропод иначе. Они пришли к выводу, что легкие этих динозавров были гораздо ближе к крокодильим, чем к птичьим, и работали по принципу шприца. На одном или двух ископаемых образцах исследователи даже нашли предполагаемые следы диафрагмы. Рубен не отрицал существования воздушных полостей в костях ископаемых теропод, но иначе интерпретировал их назначение. Он утверждал, что полости служили не для того, чтобы помогать вентиляции легких, а, возможно, для уменьшения веса костей — или чтобы двуногим животным было легче удерживать равновесие. Споры не утихали, и без новых данных не было возможности их разрешить. И вот в 2005 году Патрик О’Коннор и Леон Классенс, работавшие тогда в Университете Огайо и в Гарварде соответственно, опубликовали в журнале “Нейчур” статью, ставшую новой вехой в исследовании этой проблемы.

О’Коннор и Классенс начали с того, что подробно исследовали системы воздушных мешков нескольких сотен видов современных птиц (на материале, как они писали, “предназначенных на выброс экземпляров” из центров лечения диких животных и из музеев). Они наполняли воздушные мешки мертвых птиц латексом, что помогало лучше разобраться в анатомии дыхательной системы. Первое, в чем убедились исследователи, — это что система воздушных мешков проникает гораздо глубже, чем они предполагали, и занимает не только часть шеи и груди, но и немалую долю брюшной полости, откуда воздушные мешки проникают в нижние отделы позвоночника. Последняя деталь имела принципиальное значение для интерпретации строения скелетов ископаемых теропод. Работу всей дыхательной системы птиц определяет задний (хвостовой) воздушный мешок. В процессе дыхания он сжимается, проталкивая воздух вперед, в легкие, а затем расширяется, засасывая воздух из связанных с ним воздушных мешков в груди и шее. (Можно привести заумный термин — аспирационный насос). Работа такой системы отчасти похожа на игру на волынке, в которую регулярно подкачивают воздух, чтобы он мог непрерывно выходить из трубок.

О’Коннор и Классенс использовали результаты своего исследования для анализа строения костей ископаемых теропод, в том числе прекрасно сохранившегося скелета динозавра Majungatholus atopus — представителя группы теропод, состоящей в довольно далеком родстве с птицами. Прежде ученые, изучавшие возможность существования у динозавров воздушных мешков, уделяли особое внимание их шейным позвонкам и ребрам, а О’Коннор и Классенс занялись поиском полостей в задних отделах позвоночника. Наличие таких полостей должно было свидетельствовать о том, что у ископаемых теропод имелся задний воздушный мешок. И действительно, исследователям удалось обнаружить именно такие полости, расположенные в точности там же, где и у птиц. Более того, анатомическое строение позвоночника, грудной клетки и грудины в целом указывало на работу аспирационного насоса: повышенная подвижность задних ребер и грудины позволяла сжимать хвостовой воздушный мешок, проталкивавший воздух вперед, и вентилировать легкие. Эти результаты оставляли мало места для сомнений в том, что у ископаемых теропод и впрямь действовал аспирационный насос, подобный птичьему — самая эффективная система дыхания из всех, которыми пользуются позвоночные.

Итак, у ископаемых теропод были перья, четырехкамерное сердце и воздушные мешки, обеспечивавшие сквозную вентиляцию легких, и все это в целом указывает на их активный образ жизни, требующий высокой выносливости. Но действительно ли тероподы могли достичь такой выносливости исключительно за счет настоящей теплокровности, как предполагает гипотеза аэробной мощности, или же они представляли собой “компромиссный” вариант, промежуточный между современными крокодилами и птицами? Хотя наличие перьев и может указывать на теплоизоляцию, а, значит, и теплокровность, перья древних теропод вполне могли выполнять какие-то иные функции. При этом поиски других свидетельств теплокровности, в том числе носовых раковин, дают результаты, однозначно интерпретировать которые еще сложнее.

У большинства птиц, как и у большинства млекопитающих, имеются носовые раковины, однако они состоят не из костей, как у человека, а из хрящей, которые в ископаемом виде плохо сохраняются. До сих пор у теропод не обнаружено никаких признаков носовых раковин, хотя образцов достаточно хорошей сохранности, чтобы судить об этом, известно немало. Джон Рубен отмечает, что у птиц, имеющих носовые раковины, всегда увеличены носовые ходы. Причина здесь предположительно в том, что тонкие завитки носовых раковин в некоторой степени затрудняют прохождение воздуха, а увеличение носовых ходов позволяет компенсировать это неудобство. Впрочем, носовые ходы ископаемых теропод не особенно велики, и мы не находим у них носовых раковин не оттого, что те не сохранились, а оттого, что их не было. Могли ли тероподы быть теплокровными, не имея носовых раковин? Ну, учитывая, что мы, сами будучи теплокровными, не имеем таких раковин, следует ответить на этот вопрос утвердительно, но это допущение ставит перед нами еще несколько вопросов.

Сам Рубен считает, что ископаемые тероподы все-таки обладали высокой аэробной мощностью, но не были теплокровными, хотя его собственная гипотеза аэробной мощности предполагает, что одно должно быть связано с другим. Мы знаем еще слишком мало, чтобы ответить на этот вопрос уверенно, но сложившееся к настоящему времени общее мнение (если его можно считать общим), таково: уровень обмена веществ в состоянии покоя у ископаемых теропод был, по-видимому, повышен, но настоящей теплокровности у них все же не было. По крайней мере, именно на это указывают ископаемые остатки. Однако горные породы содержат не только ископаемых, но и многое другое, в том числе свидетельства о климате и составе атмосферы прошлого. И эти свидетельства говорят нам об атмосфере триасового периода нечто такое, в свете чего данные палеонтологической летописи принимают совсем другой оборот. Эти сведения помогают не только объяснить высокую аэробную мощность цинодонтов и теропод, но и ответить на вопрос, почему господствующее положение в итоге заняли динозавры.

Проблемы физиологии обычно обсуждают так, будто участники обсуждения пребывают в историческом вакууме: исходя из того, что в прошлом все было так же, как теперь, и что силы отбора неизменны, как сила тяготения. Но это не так, доказательством чему служат великие вымирания. Самое грандиозное произошло в конце пермского периода, около 250 миллионов лет назад, и послужило прелюдией к начавшемуся сразу после него неудержимому взлету “правящих ящеров” и эре динозавров.

Пермское вымирание часто называют одной из великих загадок жизни (наряду с целым рядом других явлений, на изучение которых охотнее выделяют гранты), но условия среды, тот фон, на котором оно происходило, пока описаны лишь в общих чертах. На самом деле это было даже не одно вымирание, а два, разделенные промежутком почти в десять миллионов лет — временем отчаянного упадка. Оба вымирания соответствуют продолжительным периодам повышенной вулканической активности — самым масштабным излияниям лавы в истории Земли, похоронившим обширные территории (чуть ли не целые континенты) под толстым слоем базальтов. Эрозия застывших потоков этой лавы привела к появлению участков со ступенчатым рельефом — так называемых траппов. Первый всплеск вулканической активности, случившийся около 260 миллионов лет назад, привел к образованию Эмэйшаньских траппов в Китае. Восемь миллионов лет спустя последовал второй всплеск, еще более масштабный, в результате которого возникли Сибирские траппы. Принципиально здесь то, что и Эмэйшаньские, и сибирские вулканические потоки извергались, пробиваясь сквозь слои, содержавшие карбонатные породы и уголь. Это важно потому, что при реакции раскаленной лавы с такими породами в атмосферу в огромных количествах выделялись углекислый газ и метан, и это происходило при каждом извержении на протяжении не одной тысячи лет. А в результате менялся климат.

В 1996 году папа римский Иоанн Павел II написал свое знаменитое послание к Папской академии наук, в котором признал, что эволюция — это нечто большее, чем просто гипотеза: “Поистине примечательно, что по мере появления новых достижений в различных областях знаний эта теория получает среди ученых все большее и большее признание. Подлинное согласие между результатами независимых исследований, достигнутое непреднамеренно, само является сильным аргументом в пользу этой теории”.

Пожалуй, неудивительно, что папа при этом не собирался выплескивать с водой и ребенка. Человеческий дух, по его мнению, навсегда останется вне компетенции науки. “Эволюционные теории, рассматривающие, в соответствии с философскими учениями, их вдохновляющими, дух человека как порождение сил живой материи или всего лишь сопутствующее явление этой материи, несовместимы с истиной. Они также несостоятельны как основание для человеческого достоинства”. По словам понтифика, внутренний опыт и самосознание, весь метафизический аппарат, позволяющий человеку общаться с Богом, недоступны для объективных научных измерений и относятся не к сфере науки, а к сферам философии и теологии. Короче говоря, согласившись признать реальность эволюции, он не упустил случая поставить “магистерию церкви” над эволюцией¹.

Эта книга не о религии, и у меня вовсе нет желания нападать на чьи-либо глубокие религиозные убеждения. Тем не менее, по той же причине, по которой папа римский высказался об эволюции (“Вопрос об эволюции имеет непосредственное отношение к магистерии церкви, потому что включает в себя концепцию человека”), человеческий дух имеет непосредственное отношение к науке, потому что включает в себя концепцию эволюции. Если наша психика не продукт эволюции, то что она такое? И как она соотносится с нашим мозгом? Очевидно, что сам мозг материален, так что он-то должен быть продуктом эволюции, как и мозги животных, содержащие многие, если не все, структуры, свойственные человеческому мозгу. Но если так, то эволюционирует ли психика вместе с мозгом, например при увеличении его размера в последние несколько миллионов лет (это несомненный факт, давно не вызывающий споров в науке)? Или, если уж на то пошло, как материя и дух взаимодействуют на молекулярном уровне, что они неизбежно должны делать, ибо как иначе могут психотропные препараты и черепно-мозговые травмы влиять на психику?

Стивен Джей Гулд был сторонником концепции двух “неперекрывающихся магистерий” науки и религии, но в некоторых областях эти две магистерии неизбежно должны сходиться и перекрываться. Особенно это касается проблемы сознания, с незапамятных времен занимавшей людей. Декарт, предложивший разделение на дух и материю, на самом деле лишь формализовал идею, восходившую к античности и находившую поддержку у церкви (будучи правоверным католиком, он отнюдь не стремился снискать, подобно Галилею, осуждение Церкви). Оговорив это разделение, Декарт сделал тело (и мозг) доступным для научных исследований. В отличие от Иоанна Павла II, современные ученые обычно не придерживаются ортодоксального декартовского дуализма, предполагающего разделение на дух и материю, но в самой этой концепции нет ничего нелепого, и вопросы, которые я сформулировал выше, доступны для научного объяснения. Например, квантовая механика по-прежнему оставляет место для глубоких космических тайн психики, в чем нам с вами предстоит убедиться.

Я цитирую папу римского потому, что его слова, по-моему, выходят за пределы сферы религии и затрагивают самую суть нашей концепции человека. Даже у нерелигиозных людей может появиться ощущение, что их дух в некотором смысле нематериален, что он составляет уникальную черту человека и находится “за пределами науки”. Мало кто из читателей, дошедших до этого места, скажет, что наука не имеет права вторгаться в сферу сознания. И все же, пожалуй, мало кто согласится дать биологам-эволюционистам какие-либо особые права на эту область, отказав в них всем другим, претендующим на нее: специалистам по робототехнике и искусственному интеллекту и квантовой физике, лингвистам, неврологам, фармакологам, философам и теологам, знатокам медитации и дзэн-буддистам, литераторам, социологам, психологам, психиатрам, антропологам, этологам и так далее.

Начиная свой рассказ, я должен сказать, что эта глава отличается от других тем, что наука не только не знает (пока) ответов на обсуждаемые здесь вопросы, но и едва позволяет нам представить в терминах известных законов физики, биологии и теории информации, какими именно могут оказаться эти ответы. Между учеными, исследующими психику, нет единого мнения о том, как нервные импульсы вызывают глубокие индивидуальные ощущения.

Тем больше у нас причин попытаться разобраться, что же наука может сообщить нам о человеческой психике и где имен но ее усилия наталкиваются на стену неизвестности. Позиция Иоанна Павла II впечатляет меня тем, что ее вполне можно успешно отстаивать, по крайней мере до тех пор, пока мы не узнаем, как “простая материя” создает впечатление проявлений нематериальной души. Нам пока не известно даже, что представляет собой “простая материя” и почему она существует, хотя, казалось бы, могло не существовать вообще ничего (этот вопрос имеет много общего с вопросом, почему существует сознание, хотя, казалось бы, могла бы существовать просто бессознательная обработка информации). Однако я думаю (и даже убежден), что все, даже самые возвышенные проявления человеческой души, имеют эволюционное объяснение². Более того: то, что уже известно о работе мозга, гораздо удивительнее всего, что может представить несведущий в этих вопросах человек, так что у нас есть все причины искать основание человеческого достоинства именно в величественной биологической природе нашей психики.

Существуют и другие веские причины, почему наука может и должна заниматься проблемой сознания. Человеческая психика далеко не всегда представляет собой тот драгоценный сосуд, который мы привыкли беречь. Ее могут нарушать многие болезни мозга. Болезнь Альцгеймера безжалостно снимает с человеческой личности слой за слоем, оставляя в итоге лишь пустую сердцевину. Люди нередко впадают в глубокую депрессию — болезненную тоску, гложущую душу. Шизофрения может вызывать отчетливые жуткие иллюзии, а эпилептические припадки иногда приводят к полному отключению сознания, превращая человека в бесчувственного зомби. Все эти недуги показывают, как уязвима наша психика. Фрэнсису Крику принадлежит известный афоризм: “Вы не более чем пачка нейронов”. Он мог бы добавить, что из этой пачки сложен хрупкий карточный домик. Для общества, для медицины не пытаться разобраться в этих недугах и не учиться их лечить значило бы отречься оттого самого милосердия, которое церковь ставит так высоко.

Первая проблема, с которой сталкивается любой, кто берется пересказать то, что наука говорит о сознании, касается определения самого предмета такого рассказа: сознание для разных людей означает самые разные вещи. Если мы определим сознание как осознание места “я” в окружающем мире (богатого автобиографическими подробностями представления о своей личности в общественном, культурном и историческом контекстах, включающего надежды и страхи, связанные с будущим, и облеченного в форму насыщенных и многозначных языковых символов), то сознание и вправду следует признать уникальным свойством человека. Между людьми и животными в этом отношении пролегает глубокая пропасть, и если исходить из этого определения, то в наличии сознания придется отказать всем животным, включая наших предков (и даже маленьким детям).

Наиболее отчетливо этот взгляд выражен, вероятно, в странной книге “Происхождение сознания в процессе краха бикамерального разума”, которую написал американский психолог Джулиан Джейнс. Он сам прекрасно сформулировал суть своей концепции: “Одно время человеческая природа была разделена на две части: руководителя, называемого Богом, и последователя, называемого человеком. Ни одна из них не обладала самосознанием”. Удивительно то, сколь недавно, по мнению Джейнса, исчезло это разделение — в период между сочинением “Илиады” и “Одиссеи”. (Джейнс, разумеется, считал, что эти две очень разные эпические поэмы были сложены разными Гомерами, причем второй творил спустя несколько веков после первого.) Ключевой тезис Джейнса таков: сознание - это чисто социально-лингвистический конструкт, к тому же сравнительно новый. Джейнс считал, что человек обладает сознанием только тогда, когда сам это понимает. Эту позицию вполне можно обосновать, но нельзя не признать, что любая позиция, которая ставит планку так высоко, что отказывает в сознании даже автору “Илиады”, ставит ее чересчур высоко. Что из себя представлял “Гомер-старший”, если он не обладал сознанием — неужели бессознательного зомби? Если нет, то сознание должно составлять некий спектр, в верхней части которого находится осознание себя как свободного и грамотного члена общества, а ниже стоят другие формы.

Большинство специалистов по нейронауке выделяют две формы сознания, обусловленные строением нашего мозга. Термины и определения различаются, но суть такова: вторичное (расширенное) сознание — это человеческая психика во всей ее красе, совершенно невозможная без языка, общества и так далее, а первичное, или базовое, сознание вполне доступно даже животным (эмоции, побуждения, боль, зачаточное самосознание без автобиографической перспективы и понимания своей смертности, а также представление об объектах окружающего мира). Это сознание доступно и лисе, отгрызающей себе ногу, чтобы вырваться из капкана. Как отмечает выдающийся австралийский ученый Дерек Дентон в прекрасной книге о сознании животных “Изначальные эмоции”, лиса при этом, конечно, осознает, что попала в капкан, и имеет намерение вырваться на свободу. У нее есть некоторое самосознание, и есть план, которому она следует.

Как ни странно, расширенное сознание объяснить сравнительно просто, хотя слово “просто” здесь можно употребить лишь с оговорками. При наличии “осознания” низшего уровня в расширенном сознании нет ничего, что выходило бы за рамки нашего понимания материального мира, а есть лишь параллельная работа множества электрических цепей в мозге, встроенная в сложный антураж общественной жизни. Например, в самом нашем обществе нет ничего, что казалось бы необъяснимым чудом. Ясно, что ребенок, выросший в пещере, в изоляции от общества, будет обладать лишь зачаточным сознанием, и точно так же можно предположить, что кроманьонский ребенок, выросший в современном Париже, был бы неотличим от французов. Похожим образом обстоят дела с языком. Большинству представляется, что у людей или животных, не имеющих языка, невозможны никакие формы развитого сознания, и это тоже почти наверняка правда. Но язык не требует никакого волшебства. Можно запрограммировать робота так, чтобы он пользовался языком, причем пользовался достаточно успешно для прохождения некоторых тестов на интеллект (как тест Тьюринга), хотя робот при этом не только не станет “сознательным”, но и не приобретет даже базового самосознания. Память тоже в высшей степени доступна для программирования — мой компьютер, слава Богу, запоминает каждое слово, которое я набираю. Даже “мышление” можно запрограммировать: достаточно вспомнить компьютер для игры в шахматы Deep Thought (“Глубокомысленный”, названный так в честь компьютера из книги Дугласа Адамса “Автостопом по галактике”) и его преемника Deep Blue (“Темно-синий”), обыгравшего в 1997 году действовавшего чемпиона мира Гарри Каспарова³. Если люди способны программировать такие устройства, на то же самое, без сомнений, способен и естественный отбор.

Я нисколько не преуменьшаю важность общества, памяти, языка и мышления для человеческого сознания: очевидно, что все это его питает. Я хочу лишь сказать, что для того, чтобы мы были сознательными существами, все это должно быть завязано на более глубокую форму сознания — чувства. Легко представить себе робота с интеллектуальными способностями как у компьютера Deep Blue, обученного языку, наделенного следящими за окружающим миром сенсорами, но при этом не имеющего сознания. Не знающего ни радости, ни горя, ни любви, ни тоски расставания, ни восторга понимания, ни надежды, ни веры, ни милосердия, ни восхищения каким-либо тонким ароматом или легким блеском кожи, ни ощущения согревающих шею солнечных лучей, ни горечи, возникающей, когда впервые проводишь Рождество вдали от дома. Возможно, когда-нибудь будет сделан робот, способный чувствовать все это своими шестеренками, но в настоящее время мы не умеем программировать горечь.

Это и есть та внутренняя жизнь, которую стремился оградить от “посягательств” науки Иоанн Павел II и которую примерно в то же время австралийский философ Дэвид Чалмерс назвал термином “трудная проблема” сознания. С тех пор мыслители неоднократно обращались к проблеме сознания, иногда вполне успешно, но никому пока не удалось решить “трудную проблему”, о которой говорил Чалмерс. Даже не признающий авторитетов философ Дэниел Деннет, которого обвиняют в том, что он вообще отрицает существование этой проблемы, на самом деле просто обходит ее в своем знаменитом опусе 1991 года — книге “Объяснение сознания”. Почему же, спрашивает он в заключительной главе, посвященной первичным ощущениям, импульсы в клетках мозга не должны вызывать у нас чувства? Почему бы и нет, конечно, но разве это не уход от ответа?

Я биохимик и знаю, что не могу играть роль эксперта в этих вопросах. Если вам хочется лучше разобраться в роли языка в формировании сознания, почитайте Стивена Линкера. Я не включил биохимию в свой список дисциплин, претендующих на компетенцию в области сознания. Примечательно, что мало кто из биохимиков пытался всерьез заниматься сознанием (Кристиан де Дюв, возможно, составляет редкое исключение). И все же “трудная проблема” Чалмерса — именно биохимическая проблема: что представляют собой импульсы в нервных клетках, вызывающие у нас “чувства” и “ощущения”? Это ионы, стремительно проходящие сквозь мембрану. Как они вызывают у нас ощущение красного цвета, или чувство страха, гнева, любви? Давайте запомним этот вопрос и обратимся к природе базового сознания, задавшись вопросами, как и почему расширенное сознание должно строиться на базовом и почему базовое сознание порождает чувства. Даже если я не смогу ответить на главный вопрос, я надеюсь разъяснить его контекст достаточно, чтобы стало понятно, где можно искать ответ. Я думаю, что его нужно искать не на небесах, а здесь, на Земле, среди птиц и пчел.

Для начала нам придется отказаться от идеи, что наше сознание именно такое, каким кажется. Оно совсем другое. Например, оно кажется нам единым, не разделенным на части. У нас в голове текут не два потока сознания одновременно: мы получаем одну связную картину восприятия, которая постоянно меняется, ежесекундно и бесконечно переходя из одного состояния в другое. Сознание кажется нам чем-то вроде фильма, крутящегося в голове, кадры которого сопровождаются не только определенными звуками, но и запахами, осязательными ощущениями, вкусами, эмоциями, мыслями, и все это завязано на самосознание, делая наше “я” со всеми его ощущениями неотделимым от тела.

Нетрудно понять, что мозг должен каким-то образом связывать воедино информацию, поступающую от органов чувств, создавая у нас обманчивое впечатление цельности восприятия. Информация от глаз, ушей, носа, кожи, внутренних органов или из памяти поступает в разные части мозга, где независимо обрабатывается и в итоге вызывает у нас ощущения, например цвета, запаха, осязания или голода. Все это не реальные явления, а результат работы нервных импульсов, и все же мы редко разделяем предметы, которые воспринимаем, на запахи или звуки. Хотя на нашей сетчатке действительно образуется перевернутое изображение видимой глазу картины, мозг отнюдь не смотрит это изображение, как фильм: закодированное в виде нервных импульсов, оно передается в мозг по зрительному нерву, и процесс его передачи напоминает скорее получение факса, чем просмотр фильма. Примерно то же самое происходит и тогда, когда мы слышим звуки или ощущаем запахи: окружающий мир не входит к нам в голову, сведения о нем просто передаются в мозг с помощью нервных импульсов. Сходным образом возникает и боль в животе, которая представляет собой именно нервные импульсы, а не нечто реальное.

Чтобы мы могли воспринимать все это осознанно, кадр за кадром, как своего рода мультимедийный фильм, мозг должен составлять на основе всех цифровых точек и тире картину “реального мира” со всеми его образами и запахами. При этом нам, разумеется, не кажется, что эта воссозданная картина мира находится у нас в голове: мы проецируем ее обратно, туда, откуда берем. У нас складывается ощущение, что мы смотрим на мир одним циклопическим глазом, хотя вполне очевидно, что это иллюзия. Ясно, что для всего этого требуется немало хитрых манипуляций с нервными импульсами. Так же ясно, что важны пути их передачи. Если перерезать зрительные нервы, человек ослепнет. И наоборот, если стимулировать зрительные центры мозга слепого человека с помощью встроенных в мозг микроэлектродов, человек увидит образы, рождающиеся непосредственно в мозге, хотя на нынешнем этапе развития технологий это могут быть лишь очень простые картины. Данный подход лежит в основе разработок в области искусственного зрения, до которого пока еще очень далеко, но принципиально оно вполне осуществимо. Значит, вполне осуществимы и вещи вроде тех, что показаны в фильме “Матрица”, где люди, лежащие в специальных ваннах, принимают виртуальную реальность за настоящие ощущения.

Оценить масштабы осуществляемых у нас в мозге хитрых манипуляций с нервными импульсами помогают сотни странных, удивительных и просто поразительных случаев из анналов неврологии, которые производят на большинство людей сильнейшее впечатление, во многом связанное с мыслями о том, как нам повезло, что с нами не происходит ничего подобного. Архивы этих случаев заботливо собирают такие специалисты, как Оливер Сакс. Самая знаменитая из описанных им историй — “человек, который принял жену за шляпу”. Она даже легла в основу камерной оперы Майкла Наймана, по которой был впоследствии снят фильм. Человек, о котором идет речь (“профессор П.”), был выдающимся музыкантом, страдавшим так называемой зрительной агнозией, при которой зрение остается в полном порядке, а способность воспринимать и правильно распознавать объекты, особенно лица, самым прискорбным образом нарушается. Явившись на прием к Саксу, он принял собственную ногу за ботинок, а затем, собираясь надеть шляпу, схватил вместо шляпы свою жену за голову. Дегенерация одного из участков мозга, ответственных за обработку зрительной информации (вызванная редкой формой болезни Альцгеймера), низвела видимый им мир до бессмысленных узоров из абстрактных фигур, цветов и движений, пощадив его разум, высокую культуру и выдающиеся музыкальные способности.

К счастью, эта разновидность дегенерации нервной ткани встречается редко, однако неврологам известно множество других подобных недугов. Еще один, связанный с поражением другого участка мозга, называют синдромом Капгра. Пациенты, страдающие этим синдромом, прекрасно узнают людей, но пребывают в диком заблуждении, думая, что их супруги или родители не те, кем они кажутся, а самозванцы, занявшие их место. При этом проблема касается не всех людей, а только родных или друзей, то есть эмоционально близких людей. В этом случае поврежденными оказываются нервные клетки, связывающие зрительные центры мозга с эмоциональными (такими как миндалевидное тело). Когда инсульт или какое-либо другое локальное повреждение (например, вызванное опухолью) разрывает подобные связи, больной теряет способность нормально реагировать на вид близкого человека. Характер подобных реакций можно отслеживать с помощью детектора лжи. Как шутил невролог Вилеянур Рамачандран, при виде матери ладошки потеют не только у хороших еврейских мальчиков. Выделение пота меняет электрическое сопротивление кожи, и именно эти изменения и регистрирует детектор лжи. Но у людей, страдающих синдромом Капгра, ладони не потеют при виде родных и близких: глаза могут говорить пациенту, что перед ним мать, но эмоциональные центры не могут подкрепить это впечатление. Эта эмоциональная неполноценность, судя по всему, и лежит в основе синдрома. В итоге мозг, непоследовательный в своих фокусах, приходит к нелепому, но логичному выводу, что перед пациентом не близкий человек, а самозванец. Эмоции сильнее интеллекта, или, точнее, именно эмоции составляют основу интеллекта.

Синдром Котара еще поразительнее. Неполноценность больного оказывается даже глубже: все органы чувств теряют связь с эмоциональными центрами мозга, полностью останавливая все эмоциональные реакции. Но если все, что человек воспринимает с помощью органов чувств, не вызывает у него ровным счетом никаких эмоций, из этого следует дикий, но тоже в некотором роде логичный вывод, что человек мертв. Логика в таких случаях извращается, чтобы соответствовать эмоциям. Пациенты, страдающие синдромом Котара, действительно считают, что они мертвы, и иногда даже утверждают, что чувствуют запах разложения собственного трупа. Если спросить такого больного, может ли у мертвецов идти кровь, он ответит, что не может, но если уколоть его в палец, он будет крайне удивлен, а затем вынужден будет признать, что у мертвецов все-таки может идти кровь⁴.

Я рассказал все это, чтобы показать: определенные повреждения головного мозга вызывают вполне закономерные нарушения. В том, что повреждения одной и той же области мозга вызывают одинаковые нарушения у разных людей, а также, если уж на то пошло, и у разных животных, пожалуй, нет ничего удивительного. В некоторых случаях такие повреждения сказываются на обработке информации, поступающей от органов чувств, приводя к развитию таких недугов, как акинетопсия - еще один странный синдром, при котором человек не может воспринимать движение и видит мир как будто в свете стробоскопы на дискотеке. Пациенту, страдающему акинетопсией, очень сложно оценить скорость движущихся машин или просто наполнить бокал вином, чтобы оно не перелилось через край. Повреждения других областей мозга приводят к изменениям собственно сознания. Пациенты, страдающие глобальной амнезией, ничего не помнят и не могут ничего планировать, осознавая только текущий момент. Пациенты, страдающие синдромом Антона, слепы, но отрицают это. Пациенты, страдающие анозогнозией, утверждают, что они здоровы, хотя на самом деле у них имеется то или иное серьезное нарушение, например паралич (“Доктор, я просто отдыхаю”). Пациенты, страдающие болевой асимболией, чувствуют боль, но не испытывают связанных с ней неприятных эмоций: им не больно. А пациенты, страдающие слепозрением, не осознают, что они способны видеть (и это делает их действительно слепыми), но тем не менее могут правильно называть предметы, которые им показывают. Симптомы последнего синдрома, слепозрения, были выявлены и у макак, обученных определенным образом реагировать на тот или иной предмет, который они видели (или не видели). Причем это лишь одна из многих параллелей между механизмами работы сознания животных и людей, открытых новым поколением специалистов по экспериментальной психологии с помощью целого ряда остроумных опытов.

Как же необычны все эти нарушения! Однако результаты неврологических исследований, проведенных за последние сто с лишним лет, убедительно продемонстрировали их реальность, их закономерность и их внешние причины (повреждения определенных участков мозга). Столь же необычные нарушения могут возникать и при стимуляции определенных участков мозга с помощью электродов. Такие опыты проводились многократно, преимущественно несколько десятков лет назад, на сотнях пациентов, страдавших тяжелыми, неизлечимыми формами эпилепсии, которая в худших случаях может вызывать припадки, затрагивающие значительную часть мозга и приводящие к тяжелым судорогам и продолжительной потере сознания, а иногда даже к слабоумию или частичному параличу. Многие эпилептики, которым делали нейрохирургические операции, добровольно соглашались играть роль подопытных кроликов и во время операции, находясь в сознании, словесно описывали хирургу свои ощущения, возникающие при стимуляции различных участков мозга. Результаты этих исследований позволили выявить в мозге участки, стимуляция которых вызывает сильнейшую депрессию. Эта последняя, однако, сразу прекращается, если такой участок перестают стимулировать. Стимуляция других участков мозга вызывает видения или ощущение прослушивания музыкальных фрагментов. Стимуляция еще одной точки в мозге неизменно вызывает ощущение отделения от тела, так что пациенту кажется, что его душа парит под потолком.

Другие опыты, преследовавшие сходные цели, были проведены нетакдавно при помощи специального шлема, позволяющего стимулировать определенные участки мозга за счет направленных изменений слабого магнитного поля, не прибегая к хирургическому вмешательству. Об этом приборе много говорили в середине 90-х годов. Тогда Майкл Персинджер из Лаврентийского университета в Канаде провел опыты, в ходе которых стимулировал у испытуемых определенные участки височной доли коры головного мозга. Ученый обнаружил, что стимуляция этих участков надежно (у 8о % людей) вызывает мистические видения и ощущение присутствия в помещении Бога или даже дьявола. После этого использованный Персинджером прибор, конечно, не могли не назвать “шлемом Бога”, хотя группа исследователей из Швеции и поставила под сомнение полученные с его помощью результаты. В 2003 году ведущие британской научно-популярной телепередачи “Хоризон” проявили неплохое чувство юмора, отправив известного атеиста Ричарда Докинза в Канаду, чтобы он испытал этот шлем на себе. Можно не сомневаться, что они были разочарованы, когда узнали, что у Докинза с помощью этого прибора не удалось вызвать никаких трансцендентальных ощущений. Персинджер смог объяснить этот результат, отметив, что Докинз также продемонстрировал низкий уровень чувствительности височной доли в ходе соответствующего психологического теста. Иными словами, религиозные участки его мозга активируются довольно плохо. Однако на известную писательницу Сьюзан Блэкмор, которая сама профессионально занимается экспериментальной психологией, “шлем Бога” произвел гораздо более сильное впечатление. “Когда я проходила в лаборатории Персинджера разработанные им процедуры, я испытала самые необычные ощущения за всю свою жизнь. Я буду сильно удивлена, если выяснится, что это всего лишь эффект плацебо”, — сказала она. Кстати, сам Персинджер упорно доказывает, что физическая стимуляция мистического опыта не может служить аргументом против существования Бога: если Бог есть, то у человека так или иначе должен быть какой-то “материальный механизм для передачи сверхъестественного опыта”.

Я хочу сказать, что структура нашего мозга, как и сознания, четко разделена на ряд специализированных областей. Мы совсем не осознаем работу всех этих внутренних механизмов. Этот вывод подтверждается и эффектами психотропных препаратов, которые тоже воздействуют на вполне конкретные компоненты мозга. Все галлюциногенные препараты, например ЛСД, псилоцибин (содержащийся в галлюциногенных грибах) и мескалин (содержащийся в некоторых кактусах), воздействуют на рецепторы определенного типа (серотониновые), имеющиеся у определенных клеток (пирамидальных нейронов) в определенных участках мозга (пятый слой коры больших полушарий). Как отмечает Кристоф Кох из Калифорнийского технологического института в Пасадене, подобные препараты вовсе не нарушают работу связей в мозге в целом. Многие антидепрессанты и антипсихотические средства тоже бьют в строго определенные мишени. Можно сделать вывод, что и сознание тоже возникает не как продукт работы “мозга в целом”, подобно некоему полю, а представляет собой свойство сложной анатомии мозга, порождаемое одновременной слаженной работой сотрудничающих друг с другом участков, выполняющих специфические функции. Нельзя не признать, что по этому вопросу пока нет единого мнения даже среди специалистов по нейронауке, но ниже я попытаюсь обосновать сделанный здесь вывод.

Наше зрение гораздо сложнее, чем кажется, но мы не можем получить представление об его сложности путем интроспекции, то есть раздумий о том, как и что мы видим, и ни один мыслитель не сумел бы разобраться в механизме работы зрения, анализируя его логически. Наше сознание не имеет доступа к этому механизму. Люди даже не догадывались, до какой степени зрительная информация в мозге разбивается на составляющие, пока Дэвид Хьюбел и Торстен Визел из Гарварда не получили результаты начатых ими в 50-х годах XX века новаторских исследований, за которые в 1981 году они получили Нобелевскую премию (совместно с Роджером Сперри). Вводя микроэлектроды в мозг кошек, Хьюбел и Визел показали, что разные аспекты видимой картины вызывают активацию разных групп нейронов (нервных клеток). Теперь мы знаем, что информация о любом видимом изображении распределяется на тридцать или более каналов, так что некоторые нейроны посылают сигналы, например, лишь тогда, когда регистрируют край видимого объекта, движущийся в определенном направлении, вдоль диагональной, горизонтальной или вертикальной оси. Другие нейроны посылают сигналы в ответ на высокую или низкую контрастность, или глубину, или на определенный цвет, и так далее. Расположение каждой такой особенности в пространстве в пределах поля зрения тоже картируется, так что, например, темная горизонтальная линия в верхней части поля зрения запускает сигналы одной группы нейронов, а такая же линия в нижнем правом углу стимулирует другую группу нейронов.

На каждом этапе обработки зрительной информации зрительные области мозга чертят топографическую карту видимой части мира. Однако лишь впоследствии эта карта приобретает какой-либо смысл, вроде того, что ускользал от бедного профессора П. Чтобы обрести смысл (“Ага! Это тигр!”), зрительная информация должна быть вновь сведена воедино. Это почти наверняка тоже происходит поэтапно: линии и цвета сводятся в полоски, по контурам определяется форма тела, и наконец, исходя из опыта, происходит узнавание крадущегося в зарослях тигра. Лишь последний этап этого процесса вообще представлен в сознании, а подавляющее большинство процессов, задействованных в обработке зрительной информации, всегда осуществляется бессознательно.

Как осколки картины собираются вместе? Этот вопрос в современной нейробиологии остается одним из самых интересных, и на него пока не удалось получить подробного ответа, который удовлетворил бы всех исследователей. Однако в общих чертах он ясен: нейроны посылают сигналы синхронно, и сигналы, поступающие одновременно, сводятся воедино. Все дело в точном согласовании во времени. Еще в конце 8о-х годов Вольф Зингер и его коллеги из Института исследований мозга им. Макса Планка во Франкфурте-на-Майне сообщили об открытии ранее неизвестной разновидности мозговых волн, которые можно отслеживать на электроэнцефалограммах и которые впоследствии были названы гамма-ритмом⁵. Исследователи установили, что большие группы нейронов работают синхронно, следуя общему ритму, и посылают импульсы примерно каждые 25 миллисекунд, то есть, в среднем, примерно 40 раз в секунду, или с частотой в 40 герц (Гц). (На самом деле частота таких импульсов варьирует в пределах диапазона от 30 до 70 Гц, и это важно, но мы вернемся к этому позже.)

Такие синхронизованные наборы сигналов и искал в то время Фрэнсис Крик. Добившись снискавших ему новую славу успехов в расшифровке генетического кода, Крик решил обратиться к проблеме сознания, обрушив на нее всю мощь своего интеллекта. Вместе с Кристофом Кохом он занимался поисками наборов сигналов, которые могли бы коррелировать с самим сознанием. Крик назвал такие сигналы нейронными коррелятами сознания.

Крик и Кох прекрасно знали, что значительная часть обработки зрительной информации осуществляется бессознательно. Это делает вопрос о природе сознания “все страньше и страньше”. Вся информация от органов чувств поступаете мозг в форме нервных импульсов, но некоторые разновидности этих импульсов воспринимаются сознанием, так что мы узнаем, например, цвета или лица, в то время как другие разновидности (все те, что осуществляют обработку информации о линиях, контрастности, расстояниях и так далее) сознания не достигают. В чем же разница между ними?

Крик и Кох рассудили, что это невозможно узнать, не зная, какие разновидности нейронов связаны с сознательным восприятием, а какие нет. Им хотелось найти некую особую группу нейронов, которые начинают испускать сигналы в тот самый момент, когда испытуемый осознает что-либо (например, что он видит собаку), и незамедлительно выключались бы, когда его внимание переключается на что-то другое. Крик и Кох предположили, что сигналы нейронов, порождающие сознательное восприятие, должны чем-то отличаться от сигналов других нейронов. Нейронные корреляты сознания, поисками которых занялись эти исследователи, стали для нейронауки чем-то вроде Святого Грааля. Ритм сигналов, посылаемых с частотой около 40 Гц, привлек внимание Крика и Коха, потому что он мог указывать (и действительно указывает) на принцип, который мог лежать в основе искомой разницы. Нейроны, посылающие сигналы одновременно, в любой момент связаны друг с другом, даже если их разделяет большое расстояние. Все сигналы, идущие параллельно по разным цепям, могут успешно совмещаться на выходе благодаря их синхронности. В итоге сознание может обладать единством, меняясь со временем, как музыка множества инструментов оркестра, разные мелодические линии которой в любой момент связаны общей гармонией. Как сказал о музыке Томас С. Элиот, “пока она длится, вы сами — музыка”.

Эта идея заманчива, но если подумать, она не так проста, как кажется. Принципиальная проблема состоит в том, что связывание информации должно происходить на множестве уровней, отнюдь не только в зрительной системе. Судя по всему, другие аспекты сознания работают точно так же. Возьмем, например, память. Нейрохимик Стивен Роуз в своей прекрасной книге “Устройство памяти” удивлялся, в какое недоумение его приводило то, что воспоминания рассеиваются, как дым, по всему мозгу: кажется, что они не “размещаются” ни в одном конкретном месте. Впоследствии он выяснил, что так происходит оттого, что они разбиваются на составляющие — точно так же, как зрительная информация. Например, проводя эксперименты с недавно вылупившимися цыплятами, пытавшимися клевать разноцветные бусины, Роуз убедился, что цыплята быстро обучались не пытаться клевать бусины определенного цвета, если они всегда были покрыты горьким веществом, но что память о горьких бусинах хранилась по частям: о цвете — в одном месте, о форме — в другом, о размерах — в третьем, о вкусе — в четвертом, и так далее. Для формирования связных воспоминаний все эти элементы требуется вновь соединить, как бы повторно испытывая запоминаемые ощущения. И действительно, недавние исследования показывают, что повторное совмещение составляющих памяти осуществляется за счет запуска сигналов того самого ансамбля нейронов, который реагировал на само запоминаемое ощущение.

Невролог Антонью Дамазью пошел еще дальше, вписав наше “я” в еще больший набор нейронных карт. Дамазью строго (некоторые считают, что слишком строго) различает эмоции и чувства. Эмоциями он называет ощущения преимущественно телесные: нервную дрожь, учащенное сердцебиение, потеющие ладони, широко раскрытые глаза, расширенные зрачки, искривленные губы и так далее. Все это бессознательные поведенческие реакции, во многом нам неподконтрольные и даже не всегда доступные нашему воображению — по крайней мере, для тех из нас, кто ведет спокойную жизнь современного горожанина. За те годы, что я занимался скалолазанием, было два или три случая, когда меня охватывал животный страх — пробирающая до костей эмоциональная реакция, приводившая меня в состояние глубокого шока. Я чувствовал запах собственного страха лишь однажды, но никогда его не забуду: очень неприятное ощущение. Дамазью считает, что все эмоции, даже более умеренные, имеют физическую, телесную природу. Но тело и психика не отделены друг от друга, а неразрывно связаны. Обо всех эмоциональных реакциях тела обратно в мозг поступают сигналы, так что малейшие изменения состояния тела непрерывно картируются в мозге одно за другим, орган за органом, система за системой. Значительная часть этого картирования происходит в древних отделах мозга, в том числе в мозговом стволе и среднем мозге, в нервных центрах, слабо изменившихся в ходе эволюции у всех позвоночных. Из результатов такого картирования и состоят чувства — психические отображения телесных эмоций. Как из таких нейронных карт (то есть, по сути, информации) возникает субъективное ощущение чувства — спорный вопрос, к которому мы вскоре вернемся.

Но даже чувств Дамазью недостаточно: мы не сознательны, пока не начинаем чувствовать собственные чувства (в этом и заключается их осознание). А это, разумеется, означает, что карт должно быть еще больше. Итак, первичные нейронные карты отображают состояние систем нашего тела (тонус мышц, кислотность содержимого желудка, уровень сахара в крови, частоту дыхания, движения глаз, пульс, растяжение стенок мочевого пузыря и так далее), обновляясь каждое мгновение. Дамазью полагает, что наше самосознание рождается из всех этих отчетов о состоянии тела, первоначально в форме бессознательного “прото-я”, представляющего собой, по сути, сводный отчет о состоянии всего тела. Настоящее самосознание возникает из характера изменений нейронных карт мозга при восприятии “объектов” окружающего мира, например “мой сын”, “вон та девушка”, “головокружительный обрыв”, “запах кофе”, “контролер” и так далее. Все эти объекты непосредственно вое принимаются органами чувств, однако они вызывают и эмоциональные реакции тела, которые отслеживаются нейронными картами, порождая чувства. Если так, то сознание — это знание того, как объекты окружающего мира меняют нас самих, то есть карта всех наших нейронных карт и характера их изменений, карта второго порядка. Карта зависимостей наших чувств от окружающего мира. Карта, облекающая все, что мы воспринимаем, в одежду наших ценностей.

Как строятся эти карты? И как обеспечивается их связь друг с другом? Самый убедительный ответ на этот вопрос предложил нейробиолог Джеральд Эдельман, который, получив в 1972 году Нобелевскую премию за вклад в иммунологию, посвятил следующие несколько десятилетий своей жизни изучению сознания. Идеи, которые он предложил в этой области, почерпнуты из того же источника, что и те, которые он развивал в иммунологии, и связаны с действием отбора в пределах организма. В случае с иммунологией исследования Эдельмана помогли показать, как под действием отбора может запускаться усиленный синтез определенного антитела в результате контакта с бактерией, бороться с которой оно помогает. Отбор при этом способствует размножению успешных иммунных клеток в ущерб другим. У человека, прожившего полжизни, состав иммунных клеток в крови зависит во многом от их предшествующего опыта, а не непосредственно от генов. Эдельман предположил, что похожая форма отбора постоянно работает и у нас в мозге. Там, в свою очередь, в результате использования отбираются и усиливаются определенные группы нейронов, в то время как не используемые группы нейронов постепенно отмирают. В итоге здесь тоже начинают преобладать сочетания более успешных клеток, и отношения между клетками определяются всем их предшествующим опытом, а не задаются непосредственно генами.

Происходит это так. В ходе эмбрионального развития в мозгу формируется грубая, предварительная система связей. Хотя нервные волокна и соединяют разные участки мозга (зрительный нерв со зрительными центрами, одно полушарие с другим через мозолистое тело, и так далее), эти связи не отличаются специфичностью или осмысленностью. По сути, генами задается лишь общая схема электрических цепей мозга, в то время как точные связи и детали этой схемы задаются опытом. Осмысленность приходит в основном с опытом, который записывается у нас в мозге. Эдельман сформулировал это так: “Какие нейроны вместе возбуждаются, те и соединяются”. Иными словами, нейроны, одновременно посылающие сигналы, усиливают свои связи (синапсы) и образуют новые связи, физически соединяющие их друг с другом⁶. Такие связи образуются как локально, в пределах той или иной группы нейронов (например, помогая связывать друг с другом различные разновидности зрительной информации), так и на большом расстоянии (например, соединяя зрительные центры с центрами эмоций или речи). Тем временем другие синаптические связи, соединяющие нейроны, между которыми мало общего, ослабевают, а иногда и вовсе исчезают. Вскоре после рождения человека, когда поток жизненного опыта набирает ход, наш мозг оформляется изнутри. При этом отмирают миллиарды клеток: за первые месяцы жизни человек теряет 20-50 % нейронов и десятки миллиардов слабых синаптических связей. В то же время десятки триллионов синапсов формируются и усиливаются, в результате чего в некоторых участках коры нашего мозга на каждый нейрон приходится около десяти тысяч синапсов. Синаптическая пластичность особенно сильна в первые годы нашей жизни, но в какой-то степени она сохраняется у нас до самой смерти. Монтень как-то сказал, что после сорока мы все ответственны за свое лицо. За свой мозг мы точно ответственны.

Вам, возможно, интересно, в чем состоит вклад генов в этот процесс? Не только в том, что они задают общее строение мозга, но и в том, что они определяют относительные размеры и пути развития различных его участков. Они влияют на вероятность выживания нейронов, силу их синаптических связей, соотношение возбуждающих и тормозных нейронов, общий баланс передающих сигналы между нейронами нейромедиаторов — и так далее. Ясно, что они вносят тем самым вклад и в формирование нашей личности, наши склонности (к опасным видам спорта, или наркотикам, или глубокой депрессии, или рациональному мышлению), а значит, гены влияют также на наши способности и на наш опыт. Но подробное устройство нашего мозга не определяется генами. Это и невозможно: имеющиеся у нас тридцать тысяч генов никак не смогли бы определять 240 триллионов (триллион — это тысяча миллиардов) синапсов, имеющихся в коре нашего мозга (по оценке Коха). Ведь на один ген, таким образом, приходится восемь миллиардов синапсов.

Эдельман называет этот процесс развития мозга “нейронным дарвинизмом”, тем самым подчеркивая, что в ходе приобретения опыта происходит отбор на успешные сочетания нейронов. Здесь налицо работа всех базовых принципов естественного отбора: мы начинаем с большой популяции нейронов, которые могут с равным успехом соединяться друг с другом миллионами способов. Нейронам свойственна изменчивость, и они могут усиливаться либо слабеть и гибнуть. Они борются за формирование синаптических связей и избирательное выживание в зависимости от успешности: больше всего синаптических связей образуют наиболее “приспособленные” сочетания нейронов. Впрочем, Фрэнсису Крику принадлежит известная шутка, что всю эту конструкцию лучше было бы назвать “нейронным эдельманизмом”, потому что параллели с естественным отбором здесь натянуты. Тем не менее, лежащая в основе этой конструкции идея получила широкое признание среди нейробиологов.

Эдельману принадлежит и еще одна идея, которая тоже внесла существенный вклад в изучение нейронных основ сознания, — концепция реверберирующих нейронных циклов, которые сам Эдельман назвал термином — не очень вразумительным — “параллельные повторно входящие сигналы”. Суть в том, что нейроны, возбуждающиеся в одном участке мозга, могут связываться с нейронами в других, удаленных участках, и последние отвечают на возбуждение первых, формируя проходящую по другим связям временную нейронную цепь, многократно возбуждающуюся в ответ (реверберирующую) синхронно со всеми этими нейронами, пока другие входящие сигналы не разрушат этот временный ансамбль и не заменят его другим, тоже реверберирующим в унисон. Эта идея Эдельмана прекрасно согласуется с идеями Крика и Коха, а также Вольфа Зингера (хотя нельзя не отметить, что для того, чтобы найти общее между их концепциями, нередко приходится читать между строк: не много я знаю областей науки, в которых главные действующие лица так мало ссылаются друг на друга, редко удосуживаясь даже опровергать неудачные идеи оппонентов).

Сознание работает в масштабе времени от десятков до сотен миллисекунд⁷. Если на одно мгновение показать нам одно изображение, а через сорок миллисекунд — другое, мы сознательно воспримем лишь последнее: нам покажется, что первого мы вообще не видели. И все же с помощью микроэлектродов и сканирования мозга (например, по методу функциональной магнитно-резонансной томографии) можно убедиться, что зрительные центры мозга зарегистрировали и первое изображение — просто оно не получило доступа к нашему сознанию. Судя по всему, чтобы пробиться к сознанию, набору нейронов нужно реверберировать в унисон в течение нескольких десятков или даже сотен миллисекунд, что снова возвращает нас к открытому Зингером ритму с частотой 40 Гц. И Зингер, и Эдельман показали, что в удаленных участках мозга действительно синхронно возникают подобные колебания, между которыми происходит “фазовая автоподстройка частоты”. Другие группы нейронов автоматически подстраиваются под другие фазы, возбуждаясь чуть с меньшей (или большей) частотой. Фазовая автоподстройка дает принципиальную возможность отличать друг от друга разные аспекты зрительной информации об одной и той же картине. Например, можно подстраивать частоту подачи всех элементов информации о видимой нами зеленой машине под одну фазу, а все элементы информации о едущей рядом с ней синей машине подавать с немного другой частотой и подстраивать под другую фазу. Такая автоподстройка позволяет сознанию не путать две машины.

У Зингера есть очаровательная идея, объясняющая, как подстроенные по фазе колебания связываются воедино на более высоком уровне — на уровне самого сознания, то есть как эти колебания привязываются к информации, поступающей от всех других органов чувств (слуха, обоняния, вкуса и так далее), а также к чувствам, памяти и речи, создавая у нас ощущение единства сознания. Зингер называет этот механизм нейронным рукопожатием. Оно позволяет иерархически распределять информацию “по ячейкам”, помогая всем ее составляющим найти свое место. Лишь верхушка этой иерархии, занимаемая своего рода главным резюме всей бессознательно получаемой информации, воспринимается нами сознательно.

В основе нейронного рукопожатия лежит простой факт: когда нейрон возбуждается, его мембрана деполяризуется, и он не может снова возбуждаться, пока она не реполяризуется. На это требуется некоторое время. А это означает, что если нейрон получает новый сигнал во время “отдыха” (реполяризации), реакции на такой сигнал не последует. Если нейрон возбуждается с частотой шестьдесят раз в секунду (6о Гц), он неизбежно сможет получать сигналы только от тех нейронов, возбуждение которых совпадает по фазе с его собственным. Ведь если, например, другая группа нейронов возбуждается с частотой семьдесят раз в секунду (70 Гц), в большинстве случаев она будет возбуждаться не синхронно с первой группой, и они будут работать как независимые подразделения, неспособные “пожать друг другу руки”. С другой стороны, если другая группа нейронов возбуждается реже, например с частотой 40 Гц, то период, в течение которого нейроны этой группы реполяризованы и готовы возбуждаться в ответ на поступающие сигналы, будет продолжительнее. Такие нейроны уже смогут возбуждаться в ответ на сигналы, поступающие от нейронов, возбуждающихся с частотой 70 Гц. Иными словами, чем ниже частота импульсов, тем больше перекрывание фаз и тем больше возможностей для “рукопожатий” с другими группами нейронов. Это позволяет распределять частоты следующим образом. Самые частые колебания связывают все элементы каждой составляющей информации, поставляемой зрением, обонянием, памятью, эмоциями и так далее, так что за каждую из этих составляющих отвечает свое подразделение. Менее частые колебания связывают уже всю информацию, поступающую от органов чувств и других структур нашего организма, в единое целое (соответствующее карте второго порядка в терминах Дамазью). Непрерывные изменения этого целого и порождают поток сознания.

Мало что из этого можно считать бесспорно доказанным, но имеется масса данных, по крайней мере согласующихся с этой картиной. И, главное — отсюда следуют доступные проверке предположения, например о том, что ритм частотой 40 Гц необходим для связывания разных компонентов сознания, а следовательно, потеря этого ритма означает потерю сознания. Учитывая, как сложно измерять подобные параметры (для этого требуется одновременно регистрировать частоты импульсов тысяч нейронов в разных частях мозга), вполне возможно, эти гипотезы (или какие-то другие) удастся подтвердить лишь через много лет.

Но даже если так, то объяснения, которые можно найти в рамках этих концепций, делают устройство сознания доступным для понимания. Например, они показывают, как на основе базового сознания может развиваться расширенное сознание. Базовое сознание действует в настоящем времени: оно непрерывно перестраивается, картируя изменения нашего “я” под действием внешних объектов и облачая все, что мы воспринимаем, в одежду наших чувств. Расширенное сознание пользуется теми же механизмами, но оно связывает всякое моментальное состояние базового сознания с нашими воспоминаниями и речью, уточняя смысл наших эмоций в соответствии с автобиографическими сведениями о нашем прошлом, снабжая чувства и объекты “ярлыками” понятий, и так далее. Расширенное сознание строится на основе смысла эмоций, встраивая наши воспоминания, речь, прошлое и будущее в “здесь и сейчас” базового сознания. Те же самые механизмы “нейронного рукопожатия” позволяют справляться с огромным объемом параллельной работы множества электрических цепей, связывая его с каждым моментом нашего восприятия.

По-моему, это вполне правдоподобно. И все же мы по-прежнему не ответили на главный вопрос: как работа нейронов порождает чувства? Если сознание — это способность чувствовать чувства, придавая им сложные оттенки эмоционального смысла и непрерывно комментируя место нашего “я” в окружающем мире, то данная конструкция балансирует на острие чувств. Именно это философы и называют проблемой первичных ощущений. И теперь нам пора попробовать разобраться в этой поистине трудной проблеме.

Боль не зря неприятна. Те немногие, кто появляется на свет с врожденной нечувствительностью к боли, страдают от ужасных последствий этого синдрома. В 2005 году Мелоди Гилберт сняла документальный фильм о четырехлетней девочке Гэбби Джинграс, страдающей этим недугом. Для ребенка, не чувствовавшего боли, каждый этап развития был настоящим мучением. Когда у нее прорезались молочные зубы, Гэбби изгрызла себе пальцы до кости, изувечив их так сильно, что родители были вынуждены сделать ей операцию по удалению зубов. Когда Гэбби научилась ходить, она стала постоянно получать травмы и один раз даже сломала себе челюсть, что выяснилось только после того, как у нее поднялась температура из-за развившейся в месте перелома инфекции. Хуже того: она то и дело тыкала чем-нибудь себе в глаза и ранила их так сильно, что приходилось накладывать швы (от которых она тоже пыталась избавиться). Родители старались за ней следить и приучить ее носить очки для плавания, но ничто не помогало. В четыре года Гэбби пришлось удалить левый глаз. Правый остался настолько поврежден, что она была формально признана слепой (на расстоянии двадцати футов она видит не лучше, чем человек с нормальным зрением на расстоянии двухсот). Сейчас Гэбби уже семь лет, и теперь она учится жить со своим нарушением. Многие другие дети, подобные ей, гибнут в раннем возрасте. Лишь немногие достигают зрелости, но и став взрослыми, они нередко получают серьезные травмы. Родители Гэбби основали фонд “Дар боли” {Gift of Pain), цель которого состоит в поддержке людей, страдающих тем же недугом (в настоящее время фонд оказывает помощь 39 пациентам). У этого фонда очень удачное название. Большинству из нас очень повезло: мы способны чувствовать боль.

Боль не единственное подобное ощущение. Голод, жажда, страх, половое влечение — все это примеры того, что Дерек Дентон называет “изначальными эмоциями”, которые он характеризует как неотступные ощущения, способные полностью подчинять себе поток сознания, заставляя нас совершать определенные действия. Очевидно, все эти ощущения представляют собой приспособления для выживания или размножения: они требуют от организма действий, которые помогают ему выжить или размножиться. Быть может, только люди могут сознательно заниматься сексом ради продолжения рода, но даже церковь, как ни старалась, не добилась особых успехов, пытаясь отвадить людей от секса ради удовольствия. Животные, как и большинство людей, спариваются, чтобы испытать оргазм, а не чтобы произвести потомство. Итак, все перечисленные изначальные эмоции представляют собой именно чувства, и все они выполняют определенные биологические функции, даже если мы не всегда готовы это оценить. Особенно неприятное чувство — боль. Но если бы нам не было плохо, когда мы испытываем боль, мы то и дело получали бы ужасные травмы. Если бы боль не была неприятна, она была бы бесполезна. Похожим образом обстоят дела и с половым влечением. Никто не стал бы спариваться ради спаривания: мы, то есть все животные, спариваемся ради вызываемых спариванием приятных ощущений. Или возьмем жажду: тому, кто рискует умереть в пустыне от обезвоживания, недостаточно просто отметить сам факт нехватки воды в организме. Только неконтролируемые эмоции, овладевающие сознанием, помогают выжить, заставляя добраться до оазиса, выжав из своей выносливости все до последней капли.

Идея, что такие изначальные эмоции возникли путем естественного отбора, довольно проста, но из нее вытекают важные следствия, на которые впервые обратил внимание основатель современной психологии — гениальный американский ученый Уильям Джемс, работавший в конце викторианской эпохи. Джемс доказывал, что чувства, а значит, и само сознание, полезны в биологическом отношении. А это, в свою очередь, означает, что сознание не представляет собой какое-то побочное явление, сопровождающее организм, как тень, но не имеющее само по себе никакого физического эффекта. Напротив, любое чувство может иметь вполне конкретный физический эффект. Но если чувства могут иметь физический эффект, значит, в каком-то смысле они должны обладать физической природой. Отсюда Джемс заключил, что, несмотря на кажущуюся нематериальность, чувства представляют собой материальные явления и развились путем естественного отбора. Но что же они собой представляют? Никто не размышлял над этим больше Джемса, и все же вывод, к которому он пришел, был неожиданным и довольно странным: материя должна обладать некими неизвестными свойствами, и вся Вселенная должна быть пропитана своего рода “духовной пылью”. Хотя Джемса справедливо почитают за образец многие современные специалисты по нейронауке, принятая им концепция, представлявшая одну из разновидностей панпсихизма (сознание присутствует повсюду и составляет часть всего), находила мало последователей. По крайней мере, до недавнего времени.

Чтобы получить представление о том, насколько это сложная проблема, давайте рассмотрим несколько чудес техники, таких как телевизор, факс или телефон. Не обязательно знать, как именно они работают, чтобы понять, что их работа не нарушает законов физики. Результат, получаемый на выходе, каким-то образом закодирован с помощью электрических сигналов, но так или иначе имеет физическую природу, будь то узор из светящихся пятен на экране телевизора, звуковые волны в динамике телефонной трубки либо радиоприемника или выдаваемая факсом распечатка. Везде электронный код дает на выходе материальные изменения в той или иной известной физической среде. Но как обстоят дела с чувствами? Здесь нервы передают закодированные сигналы, по сути, так же, как это происходит в телевизоре, и нервные импульсы строго определяют, с помощью некоего кода, что должно получиться на выходе. И что же это? Вспомним известные свойства материи — ни одно из них не подходит. Не похоже на то, чтобы чувства представляли собой электромагнитное излучение, или звуковые волны, или какие-либо известные физике структуры атомов. Это не кварки, не электроны. Что же это вообще такое? Многомерные струны? Квантовые гравитоны? Темная материя?⁸

Именно в этом и состоит проблема, которую Чалмерс объявил трудной. Как когда-то Джемс, Чалмерс доказывал, что решить эту проблему позволит только открытие неизвестных пока фундаментальных свойств материи. Аргументация проста. Чувства имеют физическую природу, однако в известных законах физики, которые, как считается, позволяют описывать все явления природы, для чувств места не находится. Естественный отбор, при всей его чудодейственной силе, не может создать нечто из ничего: чтобы ему было с чем работать, необходим хоть какой-то зачаток, если угодно — зародыш чувства, на основе которого эволюция могла бы создать сознание во всем его великолепии. Шотландский специалист по физической химии Грэм Кернс-Смит называет это “бомбой в подвале” современной физики. Он утверждает, что если чувства не соответствуют никаким известным свойствам материи, это заставляет нас предположить, что сама материя обладает какими-то дополнительными свойствами, “субъективными особенностями”, которые отбор может организовать так, что в итоге они смогут порождать все наши чувства. А значит, в каком-то смысле материя, наряду с внешними свойствами, доступными для физических измерений, обладает сознанием, как неким “внутренним” свойством. Панпсихизм вновь в фаворе.

Этот вывод кажется нелепым. Но разве не самонадеянно думать, будто мы уже знаем о материи все? Конечно нет. Мы даже не понимаем квантовую механику. Теория струн замечательна тем, что позволяет вывести свойства материи из колебаний невообразимо малых струн в одиннадцати столь же невообразимых измерениях, но у нас нет возможности установить экспериментально, есть ли в этой теории хоть крупица истины. Именно поэтому я отмечал в начале этой главы, что позицию Иоанна Павла II вполне можно обосновать. Наших познаний о природе материи недостаточно, чтобы выяснить, как нейроны преобразуют грубые материальные процессы в субъективные чувства. Если электрон может быть одновременно частицей и волной, то почему дух и материя не могут быть двумя аспектами одного и того же?

Кернс-Смит более известен своими работами, посвященными происхождению жизни, но с тех пор, как он ушел на пенсию, он решил приложить незаурядную силу своего интеллекта к проблеме сознания. Его книги об этом предмете глубоки и занимательны, и в них он, вслед за такими мыслителями, как Роджер Пенроуз и Стюарт Хамерофф, исследует возможную роль в психике квантовых процессов. Чувства, по его мнению, представляют собой когерентные колебания белков. Они когерентны в том же смысле, в каком когерентен лазерный луч: колебания (фононы) сливаются в них в единое квантовое состояние, образуя макроквантовое состояние, охватывающее значительную часть мозга. Кернс-Смит использует здесь метафору оркестра, в котором колебания отдельных инструментов сливаются, образуя необычайные гармонии. Чувства — это тоже музыка, и пока она длится, мы сами — музыка. Это красивая концепция. Предположение, что с квантовыми эффектами может работать естественный отбор, выглядит вполне обоснованным. Известно по меньшей мере два случая, когда слепые силы отбора вполне могли взять на вооружение квантовые механизмы: передача энергии света хлорофиллу при фотосинтезе и передача электронов кислороду при клеточном дыхании.

И все-таки в случае с сознанием эта версия не кажется мне убедительной. Даже если квантовое сознание возможно, с ним связаны несколько проблем, которые вместе представляются мне непреодолимыми.

Первая и самая важная проблема связана с материально-техническим обеспечением предполагаемого процесса. Как, например, квантовые вибрации преодолевают синапсы? Пенроуз и сам признает, что макроквантовое состояние, ограниченное внутренней средой одного нейрона, ничего не решает, а на квантовом уровне синапс — это целый океан. Чтобы мог заиграть квантовый оркестр, требуется набор повторяющихся белков, расположенных так плотно, что все они могут колебаться в унисон, пока фононы не угаснут. Ответы на подобные вопросы можно искать экспериментальным путем, но до сих пор не получено ни одного свидетельства того, что у нас в мозге существуют когерентные макроквантовые состояния. Совсем наоборот: наш мозг представляет собой горячую, влажную, бурлящую систему — едва ли не наихудшую среду для возникновения макроквантовых состояний.

Но предположим, что квантовые колебания действительно существуют и в их основе действительно лежат наборы повторяющихся белков. Что тогда должно происходить с сознанием при разрушении этих наборов в ходе развития нейродегенеративного заболевания? Пенроуз и Хамерофф считают, что в основе сознания могут лежать микротрубочки, расположенные внутри нейронов. Но при болезни Альцгеймера они дегенерируют, образуя спутанные клубки — классический симптом этой болезни, и уже на ранних этапах ее развития в нейронах можно найти тысячи таких клубков (в основном в участках мозга, ответственных за запоминание), однако же сознание больного не претерпевает никаких изменений вплоть до поздних этапов развития заболевания. Короче говоря, никакой корреляции не наблюдается. Примерно то же относится и к другим предполагаемым квантовым структурам, которые могли бы лежать в основе сознания. Например, миелиновые оболочки, покрывающие отростки нейронов, которые образуют белое вещество мозга, разрушаются при рассеянном склерозе, и их разрушение тоже не оказывает никакого или почти никакого воздействия на сознание. Единственный известный пример, который, по крайней мере, не противоречит квантовому объяснению сознания, касается поведения одной из разновидностей опорных клеток — так называемых астроцитов — после инсульта. В ходе одного исследования были проанализированы симптомы нескольких пациентов, которые не осознавали свое восстановление после инсульта. Между результатами, демонстрируемыми пациентами, и их собственным восприятием этих результатов наблюдалась странная разница, которую можно было объяснить (в том числе) нарушением квантовой когерентности в сети астроцитов (если астроциты вообще образуют подобную сеть, что в настоящее время представляется сомнительным).

Второй вопрос, связанный с квантовым сознанием, касается того, какие проблемы эта концепция позволяет решить и позволяет ли она решить хоть какие-то. Давайте предположим, что у нас в мозге действительно имеется сеть колеблющихся белков, которые “поют” в унисон, и исполняемые ими мелодии порождают наши чувства (или, точнее, эти мелодии и есть наши чувства). Давайте также предположим, что эти квантовые колебания каким-то образом передаются через океаны синапсов и запускают квантовое “пение” по другую их сторону, распространяя когерентность по мозгу. Если так, то у нас в мозге имеется целая параллельная вселенная, которая должна работать рука об руку с известной нам “классической” вселенной нервных импульсов, ведь как иначе могли бы мы сознательно воспринимать синхронизованные сигналы нейронов, и как нейромедиаторы, осуществляющие передачу импульсов через синапсы, могли бы влиять на состояния нашего сознания (они совершенно точно это делают)? Это означало бы, что квантовая вселенная нашего мозга разделена совершенно на те же отделы, что и сам мозг. Следовательно, чувства, связанные со зрением (такие как восприятие красного цвета), могли бы возникать исключительно в тех областях, где идет обработка зрительной информации, а колебания чувств, связанных с эмоциями, могли бы происходить только в таких отделах, как миндалевидное тело или средний мозг. Одна из проблем, вытекающих отсюда, связана с тем, что микроскопическая инфраструктура всех нейронов принципиально одинакова: микротрубочки одного нейрона ничем существенно не отличаются от микротрубочек любого другого нейрона. Тогда почему одни должны петь о цвете, а другие — о боли? Самое же досадное — это что наши чувства отражают и самые низменные из реакций нашего тела. Может быть, заманчиво представить себе фундаментальное свойство материи, лежащее в основе любви или восприятия музыки, но как быть с болью в животе? Неужели существует уникальная разновидность колебаний, которая сама по себе и есть то неловкое чувство, которое возникает, когда наш мочевой пузырь требует посетить туалет, в то время как мы находимся в общественном месте? В это сложно поверить. Если Бог и играет в кости, едва ли у этой игры такие правила. Но если не кванты, то что?

Где же искать решение “трудной проблемы” сознания? С некоторыми кажущимися парадоксами на самом деле разобраться довольно просто. Это относится и к “бомбе в подвале” современной физики, как ее назвал Кернс-Смит. Действительно ли чувства должны быть физическим свойством материи, чтобы они могли эволюционировать под действием естественного отбора? Совсем не обязательно. Если нейроны кодируют чувства точно и воспроизводимо, иными словами, если группа нейронов, возбуждающаяся определенным образом, всегда порождает одно и то же чувство, естественный отбор вполне может работать с этим признаком. В этом случае он будет просто воздействовать на лежащие в основе чувств физические свойства нейронов. Эдельман, который всегда тщательно подбирает слова, предпочитает использовать не термин “порождает” {gives rise), а термин “вызывает” (entails). Определенная схема возбуждения нейронов, действительно, не порождает соответствующее чувство, как нечто отдельное, а неизбежно вызывает его: чувство неотделимо от работы этой схемы. Точно так же можно сказать, что работа определенного гена вызывает синтез соответствующего белка. Естественный отбор действует на свойства белков, а не на генетические последовательности, но поскольку белки однозначно закодированы в генах и поскольку только гены наследуются, получается, отбор действует на гены. Предположение, что изначальные эмоции, такие как голод или жажда, вызываются строго определенными схемами возбуждения нейронов, представляется мне намного правдоподобнее предположения, будто эти ощущения представляют собой фундаментальные свойства колебаний материи.

Еще один парадокс, с которым довольно просто разобраться, касается кажущейся нематериальное™ нашего восприятия и невыразимости наших чувств. По мнению нью-йоркского врача и фармаколога Хосе Мусаккио, еще одного прекрасного ученого, обратившегося к проблеме сознания после выхода на пенсию, принципиально здесь то, что наше сознание не воспринимает (и даже не может воспринять) существование нашего мозга. Мы не можем наблюдать ни свой мозг, ни физическую природу нашего сознания, просто размышляя о них. Только использование объективных научных методов позволило связать сознание с материальными процессами, происходящими у нас в мозге. Отличным примером того, как мы заблуждались на этот счет, могут служить древние египтяне, которые при бальзамировании фараонов бережно сохраняли сердце и другие внутренние органы (они считали сердце вместилищем эмоций и сознания), однако головной мозг расковыривали крючком через нос, вычерпывали длинной ложкой и промывали полость черепа. Они не знали, зачем нужен мозг, и полагали, что на том свете он не понадобится. Но и современные примеры позволяют наглядно убедиться в удивительной неспособности сознания воспринимать свое собственное вместилище. Вспомним операции на головном мозге. Хотя наш мозг и чувствителен к множеству аспектов окружающего мира, в нем нет собственных болевых рецепторов и он абсолютно нечувствителен к боли. Именно поэтому нейрохирургические операции вполне можно проводить под местным наркозом.

Почему сознание не должно воспринимать физический механизм собственной работы? Очевидно, потому, что организму невыгодно размышлять о собственном сознании, когда все интеллектуальные усилия нужно сосредоточить на том, чтобы распознать тигра, крадущегося сквозь заросли, и придумать, как от него спастись. Склонность к интроспекции может лишь повредить организму, проявляясь в неподходящее время, и отбор должен был ее осаживать. Теперь наше восприятие и все наши чувства недоступны для нашего мысленного взора: все это для нас просто есть, а физических механизмов этих явлений будто бы и не существует. Не имеющее возможности непосредственно наблюдать материальные основы восприятия и чувств наше сознание подвержено сильной иллюзии собственной нематериальной, духовной природы. Некоторым людям может не понравиться этот вывод, но от него, похоже, никуда не денешься: иллюзия духовной природы нашего сознания вызвана тем, что оно работает по принципу “знаю только то, что положено знать”. Ради выживания нам отказано в доступе в собственный мозг.

Примерно то же относится и к невыразимости наших чувств. Если справедливо то, что я доказывал выше, и наши чувства действительно вызываются схемами возбуждения нейронов и очень точно закодированы в них, то их совокупность представляет собой не что иное, как очень сложную разновидность невербального языка. Наши вербальные языки построены на фундаменте этого невербального языка, но при этом не могут его заменить. Если то или иное чувство вызывает определенная схема возбуждения нейронов, то слово, обозначающее это чувство, вызывает совсем другая нейронная схема оно как бы переводится с одного языка на другой, шифруется с помощью другого кода. Слова могут описывать наши чувства только переводя их на другой язык, поэтому чувствам как таковым и свойственна невыразимость. Тем не менее, все наши языки основываются на общих для нас чувствах. Красного цвета на самом деле не существует. Это лишь нейронный конструкт смысл которого невозможно сообщить тому, кто сам ничего подобного не ощущал. То же самое относится к чувству боли или голода, или к запаху кофе: все это ощущения, на основе которых строятся соответствующие слова, делая возможным вер бальное общение. При этом, как отмечает Мусаккио, всегда наступает момент, когда нам приходится уточнять: “Вы понимаете, о чем я?” У нас одинаковые схемы нейронных структур, и следовательно, мы испытываем одни и те же чувства, и поэтому в основе любого нашего языка лежит общий жизненный опыт. Без чувств язык был бы лишен смысла, но сами чувства и смыслы существуют и без всякого вербального языка — как компоненты базового сознания, состоящего из невысказанных эмоций и безмолвного восприятия.

Все это означает, что хотя чувства и могут быть порождением нейронов, мы никак не можем приблизиться к их пониманию посредством интроспекции или логических рассуждений (то есть методов теологии и философии), и разобраться в них можно лишь экспериментальным путем. С другой стороны, из того, что в основе сознания лежат чувства, побуждения и антипатии, следует, что мы можем докопаться до корней сознания и не общаясь вербально с другими животными, а просто проведя хорошо спланированные эксперименты. А это, в свою очередь, означает, что у нас должна быть возможность исследовать ключевой переход от нервных импульсов к чувствам и на животных, даже гораздо менее развитых, чем мы, потому что изначальные эмоции, судя по всему, вообще распространены среди позвоночных.

Говорят, что не в деньгах счастье. Крез, царь древней Лидии, был богат как... да, как Крез, и считал себя счастливейшим из людей. И все же когда он захотел, чтобы это признал и афинский политик Солон, посетивший его страну, тот, к большому неудовольствию царя, сказал: “Называть счастливым человека при жизни — это все равно что провозглашать победителем и венчать венком атлета, еще не кончившего состязания”. Ведь никто не знает, что готовит ему судьба. И случилось так, что Крез, во исполнение пророчества Дельфийского оракула, как всегда двусмысленного, был пленен персидским царем Киром Великим, связан и возведен на костер. Однако вместо того, чтобы клясть богов за столь мучительный конец, Крез (его должны были сжечь заживо) повторял имя Солона. Озадаченный Кир спросил, что это значит, и ему рассказали о мудрых словах Солона. Кир, осознав, что и сам был игрушкой в руках судьбы, приказал потушить костер, освободил Креза (по одной из версий, сделать это помог Аполлон, пославший дождь, который залил огонь) и сделал его своим советником.

Древние греки чтили смерть. Они считали, что судьбой и жизнью людей играют незримые силы, порой вмешивающиеся в происходящее самым непосредственным образом и указывающие человеку его место. В древнегреческих драмах полно пыток, казней и загадочных предсказаний оракулов, сулящих гибель. Похоже, что фатализмом, как и буйными вакхическими ритуалами, а также легендами о всевозможных превращениях, греки были во многом обязаны природе. И теперь, когда представители западной культуры обращают внимание на сложные процессы, приводящие живые существа к неминуемой смерти, жизнь самой природы, в свою очередь, напоминает им древнегреческий театр.

Что-то от греческой трагедии, несомненно, есть в судьбе поденок, которые месяцами живут под водой в состоянии личинки, а затем превращаются во взрослых насекомых, не имеющих ни ротового аппарата, ни пищеварительного тракта. Даже те немногие из них, которым удается пережить первый день своей бурной взрослой жизни, обречены вскоре погибнуть от голода. Или вспомним тихоокеанских лососей, которые, повинуясь гормонам, преодолевают сотни миль и возвращаются в верховья родных рек, где безумная оргия их последних дней неизбежно оканчивается упадком сил и гибелью. Или пчелу-царицу, которая не стареет шестнадцать лет, пока наконец в ее теле не иссякает запас сперматозоидов, после чего ее убивают собственные дочери. Или сумчатых мышей: совокупление у них длится несколько часов, по истечении которых самцы погибают от истощения (кастрация позволяет существенно продлить их жизнь). Трагедия это или комедия, не знаю, но драматизм очевиден. Все эти животные — такие же пешки в руках судьбы, как царь Эдип. Смерть не только неизбежна — она предопределена судьбой, запрограммирована самой природой жизни.

Но из всех гротескных судеб древнегреческих героев самая, пожалуй, трагичная — и самая близкая и понятная нам постигла Тифона, ставшего любовником богини Эос, которая выпросила для него у Зевса бессмертие, но забыла попросить в придачу вечную молодость. И вот, по словам Гомера, “совсем его грозная старость настигла, и ни единого члена не мог ни поднять он, ни двинуть”* [* “Гомеровы гимны”, гимн IV (“К Афродите”), пер. В. Вересаева. — Прим. пер.]. В стихотворении Теннисона он с завистью говорит о “счастливых, наделенных даром смерти” и о гробах “более счастливых”** [** А. Теннисон, “Тифон” (пер. А. Сергеева). — Прим. пер.].

Есть большая разница между двумя формами смерти: неизбежной скорой смертью, на которую запрограммированы некоторые животные, и долгим увяданием старости, обычным только среди людей, не подчиненным строгой программе, напоминающим страшный бесконечный конец Тифона. Именно такую судьбу мы навлекаем на себя сегодня, когда развитие медицины все больше продлевает нам жизнь, не продлевая здоровье. Из каждого года жизни, дарованного богами современной медицины, лишь несколько месяцев мы проводим в добром здравии, остальное же приходится на неотвратимый упадок. В конце концов мы, как и Тифон, начинаем завидовать мертвым. Смерть может показаться жестокой шуткой мироздания, но старение и вовсе безжалостно.

При этом, казалось бы, нет никаких причин, почему на закате наших дней мы должны разделять судьбу Тифона. Хотя упрямые законы физики и делают вечную молодость невозможной, как и вечный двигатель, эволюции свойственна удивительная гибкость, и нетрудно убедиться в том, что продолжительная жизнь обычно означает также продолжительную молодость и не вызывает тифоновых мук. Известно множество животных, жизнь которых была продлена безболезненно, то есть без появления возрастных болезней, вдвое, втрое и даже вчетверо против исходной ее продолжительности, в зависимости от обстоятельств. Один из самых ярких примеров — американский голец, которого вселили в небогатое пищей озеро в горах Сьерра-Невада в Калифорнии. Средняя продолжительность жизни этих рыб в озере увеличилась вчетверо, с шести до двадцати четырех с лишним лет, и единственной очевидной “ценой” долголетия стала задержка полового созревания. Сходные данные были получены и в отношении ряда млекопитающих, таких как опоссумы. У опоссумов, несколько тысяч лет живущих на островах, где им не угрожают хищники, продолжительность жизни оказывается почти вдвое больше, чем в континентальных популяциях, а скорость старения — вдвое ниже. Максимальная продолжительность жизни людей за последние несколько миллионов лет тоже удвоилась, и никаких очевидных неприятностей это не повлекло. С эволюционной точки зрения история Тифона должна быть мифом.

Человечество все же пыталось найти рецепт вечной жизни не одну тысячу лет — и нисколько в этом не преуспело. Хотя достижения гигиены и медицины увеличили среднюю продолжительность нашей жизни, максимальная ее продолжительность, составляющая около ста двадцати лет, несмотря на все усилия, осталась неизменной. Еще на заре письменной истории Гильгамеш, царь Урука, искал средство, дающее вечную жизнь, в виде легендарного растения, но его поиски не увенчались успехом. Мифическое средство так и осталось мифическим. С тех пор история повторялась неоднократно. Эликсир жизни, Святой Грааль, порошок из рога единорога, философский камень, йогурт, мелатонин — все эти средства считались продлевающими жизнь, но ни одно из них в действительности ее не продлило. История поисков лекарства от старости богата сюжетами об откровенных шарлатанах, работавших плечом к плечу с настоящими учеными. Знаменитый французский биолог Шарль Броун-Секар вводил себе экстракт из семенников собак и морских свинок и в 1889 году на заседании парижского Биологического общества доложил, что это повысило его физические и интеллектуальные силы, и даже с гордостью продемонстрировал ошеломленной аудитории струю своей мочи. К концу того года уже около двенадцати тысяч врачей прописывали пациентам изобретенный им препарат. Вскоре хирурги всего мира стали практиковать имплантацию пациентам кусочков семенников козлов, обезьян и даже недавно казненных преступников. Джон Бринкли, едва ли не самый известный из американских шарлатанов, сделал огромное состояние на трансплантации “козлиных желез”, хотя умер он в нищете, разоренный бесчисленными судебными исками неблагодарных пациентов. Не факт, что нам удалось добавить хоть один день к отпущенному нам сроку, несмотря на всю нашу изобретательность.

Итак, налицо странное несоответствие между гибкостью эволюции (той легкостью, с которой она, похоже, умеет менять продолжительность жизни) и какой-то непреодолимой преградой, на которую и по сей день наталкиваются все наши усилия. Как эволюции удается так легко менять продолжительность жизни? Тысячелетия бесплодных поисков средства продления жизни наглядно убеждают нас в том, что пока мы не разберемся в глубинных причинах смерти, мы не сдвинемся с мертвой точки. На первый взгляд смерть кажется парадоксальным изобретением эволюции: естественный отбор обычно работает на уровне отдельных организмов, и не так уж просто понять, например, какую выгоду мне может принести собственная смерть или какую выгоду получают тихоокеанские лососи от своего саморазрушения либо самцы паука черная вдова от того, что их поедают самки. Но при этом вполне очевидно, что смерть — отнюдь не случайное явление и эволюция действительно изобрела ее на заре самой жизни ради выгоды, которую она приносит организмам (точнее, их эгоистичным генам - если использовать незабвенное выражение Ричарда Докинза). Если мы хотим, чтобы наш конец был не так печален, как тот, что судьба уготовила Тифону, нам стоит вернуться к самому началу.

Представьте, что вы перенеслись на машине времени в прошлое на три миллиарда лет и оказались на прибрежном мелководье. Первое, что вы заметите, — что небо, подернутое дымкой, окрашено не в голубой, а в тускло-красный цвет, немного напоминающий Марс. Воздух теплый, хотя солнце из-за дымки видно неотчетливо. На суше глазу не на чем остановиться. Повсюду лишь голые камни, там и тут покрытые влажными бесцветными пятнами бактерий, изо всех сил держащимися за этот сухопутный форпост на краю их владений. Ни травы, ни какой-либо другой растительности нет. Но на мелководье стоят, как на параде, десятки странных каменных куполов зеленоватого цвета. Это явно плоды трудов живых организмов. Самые высокие из них достигают примерно метра в высоту. Немногочисленные подобные структуры и сегодня можно найти в самых удаленных и недоступных лагунах Земли: это строматолиты. Больше в воде не заметно следов жизни. Нет ни рыбы, ни водорослей, ни суетливых крабов, ни актиний с колышущимися щупальцами. Попробуйте снять кислородную маску — и быстро поймете, почему: в таком воздухе вы задохнулись бы за несколько минут. Кислорода в нем почти нет даже возле самых строматолитов. И все же построившие их сине-зеленые бактерии (цианобактерии) уже начинают понемногу подмешивать в атмосферу этот ядовитый газ. Пройдет миллиард лет, и их выбросы наконец окрасят Землю яркими зелеными и синими цветами. И только тогда будет легко узнать наш общий дом.

Если бы мы, глядя на эту древнюю Землю из космоса, смогли что-нибудь разглядеть сквозь тусклый красный смог, мы отметили бы лишь одну черту, более или менее напоминающую современную нам планету: “цветение” воды. Его вызывают цианобактерии (родственницы тех, что создают строматолиты), свободно плавающие в море, образуя обширные скопления. Из космоса эти скопления выглядели бы примерно так же, как те, что порой возникают сегодня, а если бы мы посмотрели на эти древние цианобактерии под микроскопом, то оказалось бы, что они почти неотличимы от современных, таких как Trichodesmium. Периоды “цветения” продолжались несколько недель, в течение которых бурное размножение цианобактерий поддерживали минеральные вещества, выносимые в море реками или поднимаемые из глубин восходящими течениями. После “цветения” скопления бактерий за одну ночь рассеивались в воде, которая вновь окрашивалась в тусклый красный цвет, отражая безжизненное небо. Обширные участки “цветущей” воды в современных океанах тоже могут исчезать за одну ночь.

Нам лишь недавно удалось разобраться в том, что при этом происходит. Эти полчища бактерий не просто умирают: они совершают самоубийство. В клетке каждой цианобактерии содержится аппарат для такого суицида — древняя система ферментов, на удивление похожих на ферменты наших собственных клеток, осуществляющие демонтаж клетки изнутри. Мысль, что бактерии могут самоликвидироваться, оказалась настолько неожиданной, что исследователи неоднократно пренебрегали фактами, свидетельствующими в ее пользу, но теперь это уже доказано окончательно. Бактерии действительно могут погибать “преднамеренно”, и генетические данные, полученные Полом Фалковски и Кеем Бидлом из Рутгерского университета (штат Нью-Джерси), указывают на то, что этому явлению уже три миллиарда лет. Но почему это происходит?

Потому что умирать выгодно. “Цветение” воды вызывают бесчисленные триллионы генетически сходных или даже идентичных клеток. Но и генетически идентичные клетки не всегда одинаковы. В состав нашего тела входят клетки нескольких сотен различных типов, и все они генетически идентичны. Клетки развиваются по-разному, то есть дифференцируются, в ответ на тонкие различия между химическими сигналами, получаемыми из окружающей среды, которая в случае нашего организма представлена окружающими клетками. В случае же бактериального “цветения” воды окружающая среда включает не только другие клетки, иные из которых могут выделять сигнальные вещества или даже токсины, но и еще ряд факторов, таких как уровень освещенности, доступность питательных веществ или вирусные инфекции. Так что даже если бактерии генетически идентичны, их среда оказывает на них давление самыми разными способами, проявляя бесконечную изобретательность. А именно это и составляет основу дифференциации.

Около трех миллиардов лет назад бактерии начали демонстрировать первые признаки дифференциации: генетически идентичные клетки стали принимать разный облик, и им была уготована разная судьба. Одни становились твердыми, высокоустойчивыми спорами, другие образовывали тонкие липкие пленки (биопленки), нарастающие на покрытых водой поверхностях, например подводных камнях, третьи жили сами по себе, вдали от своего племени, а четвертые просто умирали.

Вообще-то правильнее будет сказать: они не просто умирали: они умирали с трудом. Точно неизвестно, как в ходе эволюции возник сложный аппарат клеточной смерти. Самый правдоподобный ответ гласит, что это произошло в результате взаимодействия с бактериофагами — вирусами, заражающими бактерии. Вирусные частицы в современных океанах встречаются в огромных количествах: их концентрация составляет сотни миллионов на миллилитр морской воды, что по крайней мере на два порядка больше, чем концентрации бактерий, и в древности дела почти наверняка обстояли примерно также. Непрекращающаяся война бактерий с бактериофагами — одна из важнейших и незаслуженно малоизвестных сил эволюции.

Вполне вероятно, что запрограммированная смерть возникла как один из древнейших способов ведения этой войны.

Простой пример: модули токсин/антитоксин, используемые многими фагами. Среди небольшого количества генов этих фагов есть ген определенного токсина, способного убивать бактерии-хозяев, а также ген антитоксина, защищающий бактерию от данного токсина. Подлость в том, что молекулы токсина долговечны, а противоядие к нему живет недолго. В клетках зараженных бактерий обычно синтезируется и токсин, и антитоксин, что позволяет этим клеткам выжить, в то время как незараженные бактерии, или зараженные бактерии, пытающиеся сбросить с себя вирусные оковы, отравляются и погибают. Самый простой способ, позволяющий бедным бактериям разорвать этот порочный круг, состоит в том, чтобы украсть у вируса ген антитоксина и встроить его в собственный геном, защитив от токсина и незараженные клетки. Нередко именно это и происходит. Впрочем, вирусы, эволюционируя, разрабатывают все более сложные токсины и антитоксины, так что война продолжается, и используемое оружие постепенно становится все изощреннее. Не исключено, что именно так возникли ферменты каспазы — возможно, как раз у цианобактерий¹. Эти специализированные “белки смерти” могут кромсать содержимое клетки. Один такой фермент активирует другой, который, в свою очередь, активирует третий, и так далее, так что в итоге на клетку обрушивается целая армия палачей². Существенно, что у каждой каспазы есть свой собственный ингибитор — “противоядие”, способное останавливать работу фермента. Очень может быть, что вся эта сложная система токсинов и антитоксинов, включающая много уровней нападения и защиты, сформировалась в ходе затяжной эволюционной войны между бактериофагами и бактериями.

Хотя у самых истоков смерти, по-видимому, лежит борьба бактерий с вирусами, способность к самоубийству, несомненно, выгодна бактериям и в отсутствие инфекции. Принципы все те же. Любой внешний фактор, угрожающий истребить все бактерии, вызывающие “цветение”, например сильное ультрафиолетовое излучение или недостаток питательных веществ, может запускать у таких бактерий программу гибели клеток. Самые сильные клетки переживают опасный период, превращаясь в выносливые споры — семена следующего “цветения”, в то время как их хилые, даже генетически идентичные сестры реагируют на ту же угрозу включением аппарата смерти. Считать их массовую гибель убийством или самоубийством — дело вкуса. Так или иначе, избавление от ослабленных клеток позволяет в долгосрочной перспективе сохранить больше копий генома бактерий. Этот прямой выбор между жизнью и смертью в зависимости от биографии генетически идентичных клеток представляет собой простейшую форму клеточной дифференциации.

Та же логика даже в большей степени применима и к многоклеточным организмам. Клетки в каждом таком организме всегда генетически идентичны, и их судьбы связаны между собой гораздо теснее, чем в простой колонии или в скоплении бактерий, вызывающих “цветение” воды. Но даже в простой шарообразной колонии дифференциация почти неизбежна: наружные и внутренние слои шарика будут различаться по степени доступности питательных веществ, кислорода, углекислого газа и солнечных лучей, а также по степени угрозы со стороны хищников и паразитов. В итоге клетки многоклеточного организма никак не могут быть разными, даже если очень захотят. Самые простые их адаптации будут быстро окупаться. Например, клетки водорослей на некоторых этапах развития обладают подвижными жгутиками, с помощью которых они передвигаются. Шарообразной колонии выгодно иметь такие клетки в наружном слое, поскольку совместная работа их жгутиков позволяет передвигаться всей колонии, в то время как споры (другую стадию развития генетически идентичных клеток) выгоднее беречь внутри. Подобное простое разделение труда должно было дать первым примитивным колониям существенные преимущества перед одиночными клетками. Эти преимущества, связанные с многочисленностью и специализацией клеток, сопоставимы с преимуществами первых человеческих обществ, перешедших к сельскому хозяйству, впервые позволившему людям добывать достаточно пищи для поддержания высокой численности популяций и специализироваться на выполнении разных функций: воевать, обрабатывать землю и разводить скот, добывать и обрабатывать металлы, издавать законы. Неудивительно, что сельскохозяйственные общества быстро вытеснили небольшие племена охотников и собирателей, в которых подобная специализация едва ли была возможна.

Даже в самых простых колониях уже наблюдается фундаментальная разница между двумя типами клеток: соматическими (клетками “сомы”, то есть тела) и клетками зародышевой линии. На эту разницу впервые обратил внимание немецкий эволюционист Август Вейсман (мы познакомились с ним в главе 5) — возможно, самый влиятельный и проницательный дарвинист XIX века после самого Дарвина. Вейсман утверждал, что лишь зародышевая линия, по которой гены передаются из поколения в поколение, потенциально бессмертна, а соматические клетки, которые служат помощниками клеткам зародышевой линии, постоянно расходуются. Эту идею на полвека дискредитировал французский нобелевский лауреат Алексис Каррель, который впоследствии дискредитировал и сам себя — фабрикацией данных. Вейсман же оказался совершенно прав. Открытой им разницей между двумя фундаментальными типами клеток в конечном счете и объясняется смерть всех многоклеточных организмов. Специализация клеток по самой своей природе означает, что лишь некоторые клетки каждого организма могут быть клетками зародышевой линии. Остальные должны играть вспомогательную роль, и единственной выгодой, которую они от этого получат, будет косвенная выгода, связанная с передачей их общих с клетками зародышевой линии генов следующим поколениям. Стоило соматическим клеткам принять свою вспомогательную роль, как их жизнь и смерть были тоже подчинены нуждам клеток зародышевой линии.

Границу между колонией и настоящим многоклеточным организмом лучше всего проводить по степени преданности их клеток делу дифференциации. Некоторые водоросли, как вольвокс, пользуются выгодами совместного существования, но способны и уклоняться от него и жить в форме отдельных клеток. Сохранение самой возможности такой независимости неизбежно ограничивает достижимую степень специализации клеток. Ясно, что столь специализированные клетки, как нейроны, не смогли бы выжить самостоятельно. Настоящие многоклеточные формы жизни доступны только тем клеткам, которым свойственна “готовность” полностью подчинить свою судьбу общим интересам. За их преданностью этим интересам необходимо строго следить, карая смертью за любые попытки вновь обрести независимость. Иначе нельзя. Чтобы убедиться в том, что клеткам многоклеточного организма нельзя позволить поступать по-своему, достаточно вспомнить, к каким бедствиям и сегодня приводит рак — и это после миллиарда лет многоклеточной жизни. Только смерть делает многоклеточную жизнь возможной. Кроме того, разумеется, без смерти не было бы и самой эволюции, ведь без дифференциального выживания не может быть и естественного отбора.

Введение в отношении клеток “смертной казни” за непослушание у первых многоклеточных организмов едва ли потребовало большого эволюционного скачка. Вспомним главу 4: сложные (эукариотические) клетки возникли путем слияния клеток двух типов — клетки-хозяина и поселившихся в ней бактерий, от которых произошли митохондрии — крошечные “электростанции”, вырабатывающие энергию. Свободноживущие предки митохондрий относились к группе бактерий, которые, как и цианобактерии, обладали ферментами каспазами, позволяющими кромсать содержимое клетки. Откуда они взяли их — другой вопрос (возможно, гены этих ферментов были получены ими в результате горизонтального переноса от цианобактерий, или наоборот, цианобактерии получили их от предков митохондрий, или же обе группы унаследовали их от общего предка). Главное то, что митохондрии передали древнейшим эукариотическим клеткам уже собранный и готовый к работе аппарат смерти.

Интересно, могли ли эукариоты столь же успешно развиться в настоящих многоклеточных существ, если бы не унаследовали от бактерий гены каспаз? Так или иначе, когда они обзавелись каспазами, их было уже не остановить. Настоящая многоклеточность возникала у эукариот независимо не меньше пяти раз: у предков красных водорослей, зеленых водорослей, растений, животных и грибов³. Между организмами этих разных форм жизни мало общего, но все они строго следят за своими клетками, карая их смертью за непослушание, и используют для этого весьма сходные наборы ферментов каспаз. Примечательно, что почти во всех случаях в роли главных посредников при вынесении смертного приговора и приведении его в исполнение по-прежнему выступают митохондрии. Они служат многоклеточным организмам своеобразными координационными центрами, собирающими противоречивые сигналы, устраняющими информационный шум и при необходимости включающими аппарат смерти. Итак, хотя клеточная смерть по-прежнему необходима всем без исключения формам многоклеточной жизни, она не потребовала от них особых эволюционных новшеств. Вся необходимая аппаратура была предоставлена митохондриями еще первым эукариотическим клеткам и с тех пор почти не изменилась, лишь была несколько усовершенствована.

Впрочем, между смертью отдельных клеток и целых организмов огромная разница. Клеточная смерть играет в старении и смерти многоклеточных организмов важную роль, но нет закона, который требовал бы смерти всех без исключения клеток в организме или не позволял бы замещать их другими, от которых по мере надобности можно было бы избавляться. Некоторые животные, такие как пресноводное кишечнополостное гидра, по сути, бессмертны: их клетки умирают и заменяются новыми, но сам организм не демонстрирует никаких признаков старения. Между клеточной жизнью и клеточной смертью существует долговременное равновесие. Многоклеточный организм — как река: нельзя дважды войти в одну и ту же реку, потому что вода постоянно течет, но очертания реки, ее размеры и форма остаются неизменными. Для любого человека, если только он не древнегреческий философ, это все та же река. Нечто подобное происходит и с организмом, клетки которого сменяются новыми, как вода, но их совокупность остается неизменной. Я — это я, даже если мои клетки постоянно сменяются.

Никак иначе, наверное, и быть не могло. Если равновесие между клеточной жизнью и клеточной смертью нарушится, организм будет не стабильнее реки во время половодья или засухи. Стоит немного подправить “настройки” клеточной смерти, сделав ее чуть-чуть менее вероятной, и результатом окажутся неудержимо разрастающиеся раковые опухоли. Но стоит сделать клеточную смерть слишком вероятной, и результатом окажется увядание организма. Рак и дегенерация — две стороны одной медали, на ребре которой приходится балансировать многоклеточному организму. Но простенькая гидра может сохранять равновесие неограниченно долго, да и людям иногда удается десятки лет поддерживать один и тот же вес и телосложение, хотя счет клеток, ежедневно заменяемых в нашем организме, идет на миллиарды. Только в старости баланс нарушается, и тогда, что интересно, мы начинаем страдать и от рака, и от дегенеративных заболеваний. Так почему же организмы стареют и умирают?

Самый известный ответ, предложенный еще в 8о-х годах XIX века Вейсманом, оказался ошибочен: это вскоре признал и сам Вейсман. Он предположил, что старение и смерть освобождают популяции от “износившихся” от времени организмов, заменяя их бодрыми новенькими моделями, укомплектованными новыми наборами генов, перемешанных путем секса. Вейсман приписал смерти своего рода благородство и последовательное служение великому делу, хотя и несравнимому с божественным замыслом. Предполагается, что смерть отдельного организма выгодна виду, точно так же как организму выгодна смерть отдельных клеток. Но критики этой гипотезы указали на логическую ошибку: старые организмы “изнашиваются”, только если они стареют, а значит, объяснение Вейсмана основывается на предпосылке, постулировавшей именно то, что он пытается объяснить. Вопрос, почему организмы со временем вообще “изнашиваются”, независимо от того, выгодна ли их смерть популяциям, оставался без ответа. Что, например, мешает появлению “мошенников”, избегающих смерти подобно раковым клеткам и оставляющих все больше и больше потомства, наделенного соответствующими эгоистичными генами? Что мешает распространению рака на уровне популяций?

Первый дарвинистский ответ был дан в 1953 году Питером Б. Медаваром в его известной лекции по случаю вступления в должность профессора Университетского колледжа Лондона. Медавар исходил из того, что смерть любого организма статистически вероятна вне зависимости от того, стареет он или нет: под колесами автобуса, от упавшего кирпича, в когтях тигра, от смертельной болезни и так далее. Даже если вы бессмертны, маловероятно, что вы будете жить вечно. Поэтому организмы, сумевшие аккумулировать свои репродуктивные ресурсы на раннем периоде жизни, получают больше шансов оставить много потомства, чем организмы, рассчитывающие на более размеренный график размножения и производящие потомство, например, раз в пятьсот лет, но случайно лишающиеся головы, прожив всего четыреста пятьдесят. Если активнее заниматься сексом в более раннем возрасте, это увеличивает вероятность оставить больше потомства, чем оставят неторопливые родичи, причем это потомство, в свою очередь, унаследует гены “раннего секса”. Вот тут-то и возникает проблема.

Согласно Медавару, каждому виду свойственна собственная среднестатистическая продолжительность жизни, зависящая от размеров организма, интенсивности обмена веществ, естественных врагов, особенностей строения (например крыльев) и так далее. Если среднестатистическая продолжительность жизни составляет, скажем, двадцать лет, то организмы, завершающие репродуктивный цикл в этот срок, как правило, будут оставлять больше потомства, чем не завершающие его. Гены, снижающие риск гибели животного прежде рождения потомства, получат преимущество перед другими генами. Медавар пришел к выводу, что в результате в геноме должны накапливаться гены, которые вызывают, например, развитие сердечных заболеваний после среднестатистического времени смерти. Например, у людей естественный отбор не может устранить ген, вызывающий болезнь Альцгеймера в возрасте ста пятидесяти лет, поскольку никто все равно не доживает до этого возраста. В былые же времена гены, вызывающие болезнь Альцгеймера в возрасте семидесяти лет, тоже были неподвластны отбору, потому что этот библейский рубеж (“Дней наших семьдесят лет”) мало кому удавалось преодолеть. Итак, по Медавару, старость — это упадок, вызываемый сотнями, если не тысячами генов, вредное воздействие которых проявляется уже после того возраста, к которому мы должны быть мертвы. Эти гены неподвластны естественному отбору и фактически для него мертвы. От тифоновых мук страдают лишь люди, потому что только они искусственно продлевают жизнь, нейтрализуя многие статистические причины смерти, например нападение хищников и целый ряд смертельных инфекционных заболеваний. Мы разрыли целое кладбище генов, и они будут нас преследовать, пока не загонят в могилу нас самих.

Уточнением концепции Медавара самостоятельно занимался великий американский эволюционист Джордж Уильямс. Он предположил, что в старении участвует механизм, названный одним из самых ужасных научных терминов из всех, когда-либо придуманных: антагонистическая плейотропия. У меня это словосочетание вызывает ассоциации с разбушевавшимся ненасытным морским динозавром. На самом же деле он относится к генам, имеющим различные эффекты: некоторые полезны, другие вредны. Классический и совершенно жуткий пример — хорея Хантингтона, неизлечимое дегенеративное заболевание нервной системы, начинающееся в среднем возрасте со слабых судорог и расстройства координации движений и рано или поздно лишающее человека способности ходить, говорить и даже думать. Эту страшную болезнь вызывает дефект одного-единственного гена, проявляющийся спустя многие годы после достижения половой зрелости. Некоторые предварительные данные указывают на то, что люди, у которых впоследствии развивается хорея Хантингтона, до появления ее симптомов имеют в среднем больший успех у противоположного пола, чем здоровые люди, хотя причины этого эффекта остаются неизвестны, а его величина ничтожно мала. Так или иначе, любой ген, который хоть немного повышает вероятность успешного размножения, поддерживается отбором и сохраняется в геноме, даже если в дальнейшем он вызывает чудовищную дегенерацию.

Трудно сказать, сколько точно генов связано с болезнями, развивающимися на поздних этапах жизни, но сама идея достаточно проста и привлекательна тем, что она многое объясняет. Легко представить, например, ген, вызывающий накопление в организме железа. Это может быть полезно на ранних этапах жизни человека, так как помогает синтезировать содержащий железо пигмент гемоглобин, однако вредно на более поздних этапах, когда избыток железа может привести к сердечной недостаточности. Нет ни одной эволюционной концепции, которая была бы более созвучна установкам современной медицины. Часто приходится слышать, будто есть гены всего на свете: от гомосексуальности до болезни Альцгеймера. Это, конечно, лишь фигура речи, помогающая газетам привлекать читателей, однако она отражает более глубокую тенденцию. Представление о том, что за определенными заболеваниями стоят специфические варианты генов, лежит в основе всевозможных медицинских исследований. Приведу лишь один широко известный пример. У гена АроЕ есть три распространенных варианта: АроЕ2, АроЕ3 и АроЕ4. Вариант АроЕ4 имеется примерно у 20 % населения Западной Европы, и те из нас, у кого он есть, если им об этом известно, наверняка хотели бы, чтобы его не было, потому что он связан со статистически более вероятным развитием болезни Альцгеймера, а также сердечно-сосудистых заболеваний и инсульта. Если же у вас есть две копии варианта АроЕ4, вам определенно не стоит переедать и стоит чаще посещать спортзал, чтобы компенсировать генетическую предрасположенность к соответствующим заболеваниям⁴.

Чем вариант АроЕ4 при этом “хорош”, неизвестно, но из его широкого распространения следует, что он может быть хорош чем-либо, что проявляется на ранних этапах жизни, возмещая неприятности, начинающиеся позже. Но это всего лишь один из сотен, если не тысяч, примеров. Исследователи отыскивают такие варианты генов и пытаются научиться компенсировать их пагубные эффекты посредством новых (обычно дорогих) препаратов, оказывающих прицельное действие. Большинство возрастных болезней (к хорее Хантингтона это не относится) развиваются из-за сложного сочетания генетических факторов и факторов среды. В развитие большинства патологий вносят свой вклад многие гены. Например, в случае сердечно-сосудистых заболеваний варианты ряда генов обусловливают предрасположенность к высокому кровяному давлению, повышенной свертываемости крови, ожирению, большим концентрациям холестерина в крови или просто лени. Если предрасположенность к высокому кровяному давлению сочетается с рационом, включающим много соли и жиров, увлечением пивом и табаком, предпочтением телевизора занятиям спортом, даже без помощи сотрудников страховой компании легко догадаться, что это сопряжено с повышенным риском. Однако в целом оценка риска развития заболеваний — дело неблагодарное, а нынешний этап развития наших представлений о генетической предрасположенности нельзя не признать еще очень ранним. При этом даже суммарный вклад генов в развитие возрастных заболеваний обычно меньше 50 %. Почти всегда самый главный фактор риска — просто возраст. Незавидная судьба заболеть раком или перенести инсульт до тридцати или сорока выпадает немногим.

Итак, представления современной медицины о возрастных заболеваниях в целом неплохо согласуются с эволюционной концепцией Медавара генов позднего действия. В нашу предрасположенность к таким заболеваниям вносят свой вклад многие сотни генов, и каждому из нас свойствен собственный спектр риска, наше личное кладбище генов, эффекты которых могут быть усилены или ослаблены нашим образом жизни — или другими генами. Но с этой картиной старения связаны две серьезные проблемы.

Речь идет о болезнях, представляющих собой лишь симптомы старения, а не о первопричине самого старения. Гены, о которых мы говорим, связаны с определенными заболеваниями, но, судя по всему, мало какие из них вызывают само старение. Человек может дожить до ста двадцати лет, не страдая вообще никакими болезнями, но он все равно состарится и умрет. У большинства же с возрастом проявляются негативные эффекты мутантных генов, ничуть не мешающих нам, пока мы молоды. В медицине есть тенденция рассматривать возрастные болезни как патологии (а значит, нечто потенциально излечимое), но при этом саму старость считать состоянием, а не болезнью, а значит, чем-то по своей природе неизлечимым. Стремление не объявлять всех пожилых людей больными понятно, но выходит, что мы пренебрегаем связью между возрастными болезнями и старением. Тем не менее, эта точка зрения наглядно демонстрирует существенный недостаток концепции Медавара. Он объяснил роль генов в развитии заболеваний, сопутствующих старению, но не объяснил, в чем первопричина старения.

Принципиальная разница между тем и другим открылась после 1988 года, когда Дэвид Фридман и Том Джонсон из Калифорнийского университета в Ирвайне сообщили о своем поразительном открытии — первой известной мутации, продлевающей жизнь у одного из видов червей нематод. Мутации в гене age-1 увеличивали максимальную продолжительность жизни червей этого вида с 22 до 46 дней. В дальнейшем ученым удалось обнаружить десятки подобных мутаций, как у нематод, так и у представителей других форм жизни, от дрожжей до плодовых мушек и мышей. В течение нескольких лет эта область исследований чем-то напоминала физику элементарных частиц в период ее расцвета, пришедшийся на 70-е годы, и за это время ученым удалось собрать сведения о продлевающих жизнь мутациях у целого зоопарка. Постепенно начала вырисовываться следующая закономерность. Почти все подобные мутации, обнаруженные и у дрожжей, и у мушек, и у мышей, происходили в генах, кодирующих белки одного и того же биохимического пути. Иными словами, существует исключительно консервативный в эволюционном плане механизм, управляющий продолжительностью жизни и грибов, и млекопитающих. Мутации в генах данного пути не только увеличивают продолжительность жизни, но и отсрочивают и даже предотвращают развитие возрастных заболеваний. Удвоенная продолжительность жизни здесь означает более чем удвоенную длительность здорового периода, что совсем не похоже на случай бедного Тифона.

Выявленная при этом связь между болезнями и продолжительностью жизни никого не удивила. В конце концов, почти все млекопитающие страдают от набора сходных возрастных заболеваний, в том числе диабета, инсультов, болезней сердца, слепоты, старческого слабоумия и так далее. Однако крысы, например, заболевают раком в возрасте около трех лет, что соответствует их старости, в то время как люди начинают страдать от тех же заболеваний только к шестидесяти или семидесяти годам. Ясно, что даже “генетические” возрастные заболевания связаны скорее со старостью, чем с хронологическим возрастом. Удивительным в открытии мутаций, влияющих на продолжительность жизни, было то, сколь гибкой оказалась эта система. Одна-единственная мутация в одном-единственном гене может вдвое увеличивать продолжительность жизни и одновременно “замораживать” развитие возрастных болезней.

Значение этих открытий для нас невозможно переоценить. Существует принципиальная возможность отсрочить и даже предотвратить развитие всех болезней, связанных со старостью (от рака и сердечно-сосудистых заболеваний до болезни Альцгеймера), путем простых изменений в одном-единственном биохимическом пути. Это поистине поразительный ВЫВОД: “излечить” старение и все возрастные заболевания с помощью панацеи должно оказаться проще, чем излечить хоть одно такое заболевание, например болезнь Альцгеймера, у людей, достигших “состояния” старости. Это еще одна причина, по которой я считаю объяснение Медавара ошибочным. Мы вовсе не обречены на старение, мучимые “кладбищем” наших генов. Мы даже можем обойти это кладбище стороной, если избавимся от самого старения. Возрастные болезни связаны с биологическим, а не с хронологическим возрастом. “Излечив” старение, мы излечим и болезни старости — все разом. И главный вывод из всех генетических исследований, проведенных в этой области, таков: старение “излечимо”.

Существование биохимического пути, управляющего продолжительностью жизни, ставит перед нами несколько вопросов, касающихся эволюции. Первый напрашивающийся вывод (ошибочный) состоит в том, что продолжительность жизни “прописана” непосредственно в генах: что старение и смерть запрограммированы, предположительно ради выгоды всего вида в целом, как считал Вейсман. Но если одна-единственная мутация может увеличить продолжительность жизни вдвое, то почему мы не встречаем повсюду “мошенников” — животных, уклоняющихся от участия в выгодной для вида схеме ради собственной выгоды? Ответ прост. Раз животные не “мошенничают”, значит, “мошенничество” должно наказываться, причем достаточно сурово, чтобы наказание перевешивало преимущества долгой жизни. А если это так, то мы, возможно, предпочтем остаться с нашими возрастными болезнями.

Дело в том, что увеличение продолжительности жизни связано с одним серьезным затруднением: с сексом. Если мы хотим продлить жизнь и избежать возрастных болезней, нам стоит прочитать то, что напечатано мелким шрифтом в нашем контракте со смертью. Вот что интересно: мутации во всех генах, управляющих продолжительностью жизни (так называемых геронтогенах), продлевают жизнь, а не укорачивают ее. Настройки, установленные по умолчанию, всегда предполагают более короткую жизнь. Причины этого становятся понятны, если принять во внимание природу биохимического пути, контролируемого геронтогенами. Этот путь связан прежде всего не со старением, а с половым созреванием. На достижение животным половой зрелости требуется масса ресурсов и энергии, и если их не хватает, развитие лучше задержать, пока их удастся накопить. А это означает, что уровень доступных ресурсов необходимо отслеживать и переводить сведения о нем на биохимический язык, понятный клеткам, например, сообщая им: “Еды много. Самое время подумать о размножении. Готовьтесь к сексу!”

В качестве биохимического сигнала, указывающего на обилие ресурсов, выступает гормон инсулин, а также большой набор подобных ему гормонов, действующих в большем масштабе времени (недели или месяцы), в особенности инсулиноподобный фактор роста. Названия этих гормонов для нас здесь не важны: у одних только червей нематод имеется тридцать девять инсулиноподобных гормонов. Важно вот что: когда пищи много, эти гормоны начинают действовать, вызывая целый ряд изменений, связанных с развитием, и готовя организм к сексу. Если же пищи не хватает, соответствующие биохимические пути молчат и половое созревание задерживается. Но молчание этих путей не означает, что не происходит ничего. Напротив, отсутствие сигнала регистрируется другими датчиками, которые, по сути, перекрывают течение жизни. Они велят организму ждать до лучших времен и лишь тогда попытаться заняться сексом. В ожидании организм старается подольше уцелеть.

Идею о необходимости выбора между сексом и долгожительством впервые подробно изложил британский геронтолог Том Кирквуд еще в середине 70-х годов XX века, задолго до открытия геронтогенов. Кирквуд обосновал этот выбор необходимостью экономить энергию: энергетические возможности организма не безграничны, и за все приходится платить. Чем больше энергии уходит на секс, тем меньше ее остается на самоподдержание, и организмы, которые пытаются преуспеть и в том, и в другом, преуспеют меньше, чем те, которые умеют выбрать что-то одно. Крайние случаи касаются животных, размножающихся лишь один раз в жизни и вообще не заботящихся о своем потомстве, например тихоокеанских лососей. Их трагическая гибель на самом деле объясняется не столько запрограммированной смертью, сколько полным вложением всех ресурсов в дело всей их жизни — в размножение⁵. Они разрушают свой организм и гибнут за считанные дни потому, что отдают 100 % своих ресурсов сексу, полностью отказывая самоподдержанию в “финансировании”. Животные, размножающиеся не один раз в жизни, вынуждены выделять меньше средств на секс и больше на самоподдержание, а животные, на протяжении многих лет отдающие массу ресурсов на заботу о потомстве (как мы), могут позволить себе тратить на секс еще меньше. Так или иначе, всегда приходится делать выбор, и у животных этим выбором управляют инсулиноподобные гормоны.

Мутации в геронтогенах приводят к “молчанию” этих гормонов. Они выключают сигнал об изобилии и подстегивают гены, отвечающие за поддержание организма. Даже если пищи достаточно, мутантные геронтогены на это не реагируют, не внимая зову сирен, исходящему от инсулина. Злая ирония судьбы, в частности, проявляется в том, что у людей инсулинорезистентность вызывает не увеличение продолжительности жизни, а развитие диабета. Проблема связана с тем, что переедание вкупе с физиологической установкой на накопление ресурсов в ожидании лучших времен приводит к избыточному весу, диабету и ранней смерти. Кроме того, злая ирония еще и в том, что наказание за продление жизни — отсрочивание секса — при этом никуда не девается и проявляется в бесплодии. Так что диабет не случайно связан с бесплодием. И диабет, и бесплодие вызываются одним и тем же гормональным отклонением. Выключение реакции на инсулин продлевает жизнь, только если оставаться голодным и только ценою высокой вероятности не оставить потомства.

Причем, оказывается, и здесь тоже есть злая ирония: все это нам известно уже не один десяток лет. Тот малоприятный факт, что если оставаться немного голодным, это продлевает жизнь, получил признание еще в 20-х годах XX века. Данный метод называют ограничением калорийности питания. Крысы, рацион которых сбалансирован, но отличается содержанием калорий на 40 % ниже нормы, живут в полтора раза дольше, чем их упитанные братья и сестры, и при этом реже страдают от возрастных заболеваний. Как и в рассмотренных выше случаях, болезни, связанные с возрастом, задерживаются здесь на неопределенный срок, и меньше оказывается вероятность того, что они вообще разовьются. Точно неизвестно, имеет ли ограничение калорийности и у людей тот же эффект, что у крыс, но некоторые данные указывают на то, что имеет, хотя и несколько более слабый: результаты биохимических исследований заставляют предположить, что у нас и у крыс подобная диета вызывает сходные изменения. Но несмотря на то, что нам было известно об эффекте ограничения калорийности питания не одно десятилетие, мы по-прежнему очень мало знаем, как и почему он возникает, и даже действительно ли он возникает и у людей.

Одна из причин этого состоит в том, что полноценное исследование продолжительности жизни человека заняло бы не один десяток лет, а такой срок может обескуражить даже самых усердных исследователей⁶. Еще одна причина связана с давним убеждением, что более долгая жизнь означает жизнь более медленную и более скучную, что, кстати, неверно — и это обнадеживает. Ограничение калорийности повышает эффективность использования энергии, не снижая при этом общего уровня энергии: напротив, общий уровень энергии даже демонстрирует тенденцию к повышению. Но главная причина, почему нам по-прежнему известно так мало, связана с тем, что биохимическая система, лежащая в основе эффекта ограничения калорийности, представляет собой чудовищный клубок обратных связей, параллельных путей и повторов, притом меняющийся от ткани к ткани и от вида к виду, что тоже сильно затрудняет его распутывание. Геронтогены важны прежде всего демонстрацией того, что несколько скромных изменений в этой сложной системе могут иметь принципиальное значение. Неудивительно, что их открытие вдохновило исследователей на активные изыскания в данной области.

Предполагается, что эффект ограничения калорийности связан, по крайней мере отчасти, с работой биохимических путей, управляемых геронтогенами. Здесь действует принцип переключателя: секс или долгожительство. Главная проблема с ограничением калорий состоит в том, что оно ставит этот переключатель на долгожительство, оставляя мало места для компромисса. Но с геронтогенами так получается не всегда. Некоторые мутации в геронтогенах действительно подавляют механизм полового созревания (например, первая открытая мутация в гене age-1 подавляет его на 75 %), но отнюдь не все. Как выяснилось, некоторые мутации в геронтогенах и продлевают жизнь, и сохраняют здоровье, но почти не подавляют сексуальность — слегка отсрочивают, но отнюдь не останавливают ее развитие. Другие могут останавливать половое созревание у молодых животных, но не имеют явных отрицательных последствий у более зрелых. Подробности здесь не важны, а важно то, что у нас имеется возможность изобрести способ отделить секс от долгожительства и активировать гены, ответственные за долгожительство, без губительных последствий для сексуальности.

В последние несколько лет особое внимание к себе привлекли два геронтогена, по-видимому, играющих ключевую роль в механизме действия ограничения калорийности. В этих генах закодированы белки SIRT-1 и TOR. Оба распространены исключительно широко. Они имеются, например, и у дрожжей, и у млекопитающих, и оба оказывают воздействие на продолжительность жизни, активируя целые наборы белков. Оба чувствительны к присутствию или отсутствию питательных веществ или факторов роста, в частности инсулиноподобных, но работа их запускается в противоположных ситуациях⁷. Полагают, что TOR управляет переключением на сексуальность — путем стимуляции роста и деления клеток. Он работает путем включения ряда белков, совместная деятельность которых стимулирует синтез белков и клеточный рост, одновременно блокируя расщепление и оборот компонентов клетки. SIRT-1, в свою очередь, оказывает противоположное воздействие на многие из этих процессов, одновременно запуская “стрессовую реакцию”, которая укрепляет клетку. Как часто бывает, области действия двух генов перекрываются, но не все аспекты их работы в точности противоположны. Так или иначе, SIRT-1 и TOR служат главными “координационными центрами”, ответственными за многие из выгод ограничения калорийности.

SIRT-1 и TOR привлекли к себе особое внимание отчасти потому, что они важны, а отчасти потому, что мы уже знаем, как прицельно влиять на них фармакологическим путем. Учитывая, как высоки здесь ставки, неудивительно, что последний пункт вызвал в научной среде живейшие споры. Леонард Гуаренте из Массачусетского технологического института и бывший сотрудник его лаборатории Дэвид Синклер, теперь работающий в Гарварде, утверждают, что SIRT-1 отвечает за большинство эффектов ограничения калорийности у млекопитающих и что ген, кодирующий этот белок, можно активировать небольшими молекулами содержащегося в красном вине вещества, известного как ресвератрол. Результаты ряда получивших большой резонанс работ, первая из которых была опубликована в журнале “Нейчур” в 2003 году, показали, что ресвератрол может продлевать продолжительность жизни дрожжей, червей и плодовых мушек. Буря всеобщего интереса к ресвератролу началась в ноябре 2006 года, когда Синклер и его коллеги опубликовали в том же журнале еще одну эпохальную работу, в которой было показано, что у страдающих ожирением мышей ресвератрол на треть снижает риск смерти на втором году жизни. Сообщение об этом открытии попало на первую полосу “Нью-Йорк тайме” и вызвало настоящий шквал публикаций в популярных изданиях. Можно было ожидать, что если ресвератрол оказывает подобное действие на ожиревших мышей, таких же млекопитающих, как и мы сами, он должен оказаться чудодейственным средством и для людей. Широко известная польза красного вина лишь подливала масла в огонь, хотя содержание ресвератрола в одном бокале красного вина составляет лишь 0,3 % той дозы, которую получали мыши.

По иронии, недавно этот вывод поставили под сомнение два исследователя, в бытность свою аспирантами тоже работавшие в лаборатории Гуаренте. Брайан Кеннеди и Мэтт Кеберлайн в настоящее время — сотрудники Вашингтонского университета в Сиэтле. Они сами были в числе первых, кто изучал ген, кодирующий белок SIRT-1, и их обеспокоил целый ряд обнаружившихся исключений из предварительно установленных закономерностей.

Кеберлайн и Кеннеди доказывают, что главную роль в эффекте ограничения калорий играет ген белка TOR, проявления работы которого, как они утверждают, шире распространены у разных видов. Вполне возможно, что они правы, учитывая, что области действия TOR и SIRT-1 перекрываются, но не все свойства кодирующих эти белки генов в точности противоположны друг другу. В частности, выключение гена TOR вызывает подавление иммунных и воспалительных реакций, что может быть полезно, потому что у многих возрастных заболеваний есть устойчивая воспалительная составляющая. Ирония ситуации состоит также в том, что сокращение TOR расшифровывается как “мишень рапамицина” (target of rapamycin), и открыт этот ген был в ходе трансплантологических исследований. Рапамицин — один из наиболее действенных иммунодепрессантов, применяемых в настоящее время при пересадке органов, и используется он уже более десятка лет. В отличие от большинства иммунодепрессантов, рапамицин не увеличивает риск развития рака и остеопороза, однако Михаилу Благосклонному, активно доказывавшему, что этот препарат можно с успехом использовать как средство от старения, пока удалось убедить мало кого из исследователей. Интересно будет узнать, действительно ли пациенты, принимающие после пересадки органов рапамицин, меньше страдают от возрастных заболеваний.

С использованием как ресвератрола, так и рапамицина в качестве средств от старения связана и еще одна, более серьезная проблема — широта спектра их действия. Оба вещества управляют активацией и инактивацией десятков, если не сотен, белков и генов. Возможно, в какой-то степени это необходимо, но многие эффекты из этого обширного набора могут оказаться неполезными или необходимыми лишь в случаях непродолжительного голода или стресса, то есть именно там, где эволюция и предписала им действовать. Так, например, выяснилось, что потенциальные эффекты активации гена, кодирующего белок SIRT-1, или инактивации гена, кодирующего белок TOR, включают инсулинорезистентность, диабет, бесплодие и подавление иммунных реакций. Намного предпочтительнее был бы прицельный подход, не сопряженный с таким множеством вероятных побочных эффектов⁸. Мы знаем, что принципиально это возможно, потому что животные, у которых продолжительность жизни увеличивается путем естественного отбора, не страдают ни от каких побочных эффектов подобного рода. Вопрос в том, какие именно из массы генов, вызываемых к работе действием белков SIRT-1 и TOR, отвечают за продление жизни и подавление возрастных болезней, а также в том, какие именно из происходящих в клетке изменений замедляют процессы старения и можем ли мы прицельно воздействовать на эти изменения.

Точного ответа пока нет, а кроме того, как это часто бывает, создается впечатление, что ответов столько же, сколько исследователей. Одни придают особое значение “стрессовой реакции”, вторые — повышению активности ферментов детоксикации, третьи — усилению системы удаления отходов. Вполне возможно, что в каких-то случаях важен каждый из этих механизмов, но их значение у разных видов, судя по всему, различается. Единственное изменение, которое кажется общим для всех, от грибов до людей, касается “электростанций” клетки — митохондрий. Ограничение калорийности пищи почти всегда приводит к увеличению числа митохондрий, а также к повышению устойчивости их мембран к повреждениям и уменьшению утечки сквозь эти мембраны химически активных свободных радикалов — побочных продуктов клеточного дыхания. Эти изменения не только наблюдаются у множества разных организмов, но и прекрасно согласуются с данными, полученными за полстолетия в ходе исследований роли свободных радикалов в старении.

Идея, что свободные радикалы могут быть причиной старения, была высказана еще в 50-х годах, когда Денхам Харман, до этого работавший в области химии свободных радикалов в нефтепромышленной компании, предположил, что эти химически активные частицы кислорода и азота (потерявшие электрон или получившие лишний электрон) могут повреждать важнейшие биологические молекулы, такие как ДНК и белки. Харман доказывал, что такие повреждения могут в конечном счете разрушать клетки, вызывая процесс старения.

За полвека, прошедшие с тех пор, как Харман сформулировал первоначальный вариант своей концепции, многое изменилось, и теперь у нас есть все основания признать эту теорию в ее первоначальном виде ошибочной. Но в уточненном виде она, судя по всему, вполне может быть верна.

Харман еще не знал, да и не мог знать, две вещи. Первое — что свободные радикалы не просто химически активны, но и используются клетками для оптимизации дыхания и подачи сигналов тревоги. Их действие основано примерно на том же принципе, что и система пожарной сигнализации, реагирующая на дым. Свободные радикалы не повреждают белки и ДНК случайным образом, а активируют или инактивируют несколько ключевых сигнальных белков (TOR), которые, в свою очередь, регулируют активность сотен других белков и генов. Теперь, когда мы знаем, что свободнорадикальные сигналы играют важнейшую роль в физиологии клетки, становится понятно, почему антиоксиданты (которые осуществляют ликвидацию свободных радикалов) могут приносить столько же вреда, сколько пользы. Многие, в соответствии с первоначальным предположением Хармана, по-прежнему думают, что антиоксиданты должны замедлять старение и защищать от болезней. Но многочисленные клинические испытания доказали, что этого не происходит. Причина в том, что антиоксиданты мешают работе свободнорадикальных сигналов. Подавление таких сигналов равнозначно выключению пожарной сигнализации. Чтобы этого не происходило, уровень антиоксидантов в крови строго контролируется. Слишком большие дозы антиоксидантов просто выводятся или вообще не усваиваются, так что концентрации этих веществ в организме остаются на примерно постоянном уровне и поддерживают систему свободнорадикальной сигнализации в постоянной готовности.

Вторым фактором, о котором не знал Харман (потому что тот был открыт лишь двадцать пять лет спустя) была запрограммированная клеточная смерть. В большинстве клеток запрограммированная клеточная смерть по-прежнему координируется митохондриями, предки которых два миллиарда лет назад снабдили эукариотические клетки всей нужной аппаратурой. Одним из главных сигналов, приказывающим клетке покончить с собой, служит усиленная утечка свободных радикалов из митохондрий. В ответ клетка включает свой аппарат смерти и самоустраняется, не оставляя никаких следов. Это происходит не в результате предательского накопления молекулярного “мусора”, о котором писал Харман, а под жестким контролем системы смерти, уничтожающей улики с безжалостной оперативностью КГБ. Итак, из ключевых положений теории Хармана два (о том, что с возрастом в клетках накапливаются молекулярные повреждения, рано или поздно вызывая разрушительные последствия, и о том, что антиоксиданты должны замедлять их накопление и тем самым продлевать жизнь) просто ошибочны.

И все же, хотя многие детали еще предстоит выяснить, у нас есть основания считать, что в уточненном виде теория Хармана верна. Прежде всего, продолжительность жизни почти у всех видов коррелирует с интенсивностью утечки свободных радикалов из митохондрий⁹. Чем сильнее утечка, тем меньше продолжительность жизни. Интенсивность утечки свободных радикалов в целом зависит от интенсивности обмена веществ, то есть, по сути, от интенсивности поглощения кислорода клетками. Для маленьких животных характерна высокая интенсивность обмена веществ: их клетки поглощают кислород так быстро, как только могут, а сердца колотятся сотни раз в минуту даже в состоянии покоя. Когда интенсивность дыхания так высока, интенсивность утечки свободных радикалов тоже оказывается высокой, а жизнь — быстротечной. Для крупных животных, наоборот, характерна низкая интенсивность метаболизма, проявляющаяся в размеренном сердцебиении и замедленном просачивании свободных радикалов в клетку. И живут они дольше.

Исключения здесь подтверждают правило. Так, многие птицы живут гораздо дольше, чем “должны” бы, исходя из интенсивности их обмена веществ. Например, голуби живут в среднем около тридцати пяти лет — в десять раз дольше крыс, хотя и размеры, и показатели интенсивности обмена веществ у них похожи. Но результаты революционных экспериментов, которые провел в 90-х годах XX века испанский физиолог Густаво Барха из мадридского университета Комплутенсе, показали, что эти различия во многом объясняются именно разницей в интенсивности утечки свободных радикалов. Отношение интенсивности утечки свободных радикалов к интенсивности поглощения кислорода у птиц оказывается почти в десять раз ниже, чем у большинства млекопитающих. Летучие мыши тоже живут непропорционально долго, и утечка свободных радикалов из митохондрий у них, как и у птиц, сравнительно мала. Почему так получается, точно не известно. В своих предыдущих книгах я попытался объяснить этот факт энергетическими потребностями полета. Но как бы там ни было, низкая интенсивность утечки свободных радикалов означает продолжительную жизнь, независимо от интенсивности обмена веществ.

Причем с интенсивностью утечки свободных радикалов коррелирует не только продолжительность жизни, но и сохранение здоровья. Мы уже отмечали, что начало развития возрастных болезней зависит не от хронологического, а от биологического возраста. Люди и крысы страдают одними и теми же возрастными болезнями, но у крыс они начинают развиваться через пару лет жизни, а у людей — через несколько десятилетий. Некоторые дегенеративные заболевания людей и крыс вызваны совершенно одинаковыми мутациями, но во времени начала развития этих заболеваний у крыс и людей всегда наблюдается точно такая же разница. Испорченные гены, которые Медавар связывал со старением и которые занимают столь важное место в современных медицинских исследованиях, проявляются у старых животных под действием чего-то, характеризующего состояние их старых клеток. Алан Райт и его коллеги из Эдинбургского университета показали, что это “что-то” связано с интенсивностью утечки свободных радикалов. Если интенсивность утечки велика, дегенеративные заболевания начинаются быстро, если мала — откладываются или не развиваются вовсе. Например, птицы страдают от немногих возрастных заболеваний, характерных для большинства млекопитающих (за исключением летучих мышей). Вполне правдоподобная гипотеза предполагает, что утечка свободных радикалов приводит к изменению клеток, “состаривая” их, и что именно это измененное состояние приводит к проявлению негативных эффектов генов позднего действия.

Как свободные радикалы меняют состояние клеток в процессе старения? Это почти наверняка происходит за счет их непреднамеренного воздействия на систему сигнализации. Использование свободных радикалов помогает нам поддерживать здоровье, пока мы молоды, но начинает оказывать разрушительное воздействие, когда мы стареем (нечто подобное происходит с некоторыми генами в соответствии с теорией антагонистической плейотропии Джорджа Уильямса). Когда митохондрии начинают изнашиваться, уровень свободных радикалов в клетке начинает медленно повышаться, пока не достигает порогового значения, включая “пожарную сигнализацию”, и такое происходит постоянно. Множество генов включаются в бесплодных попытках вернуть состояние в норму, вызывая хроническую, хотя и слабую воспалительную реакцию, характерную для многих болезней, связанных со старостью¹⁰. Это постоянное слабое воспаление приводит к изменению свойств многих других белков и генов, подвергая клетку еще большему стрессу. Я подозреваю, что именно это хроническое воспалительное состояние и вызывает проявление пагубного эффекта генов позднего действия, таких как ApoE4.

В этой ситуации есть всего два выхода: клетки либо справляются с этим состоянием хронического стресса, либо не справляются. У клеток разных типов это получается с разным успехом, во многом определяемым их “профессией”. Лучшим из известных мне примеров мы обязаны новаторским экспериментам фармаколога Сальвадора Монкады из Университетского колледжа Лондона. Монкада показал, что судьба нейронов и их опорных клеток астроцитов диаметрально противоположна. Нейроны полностью зависят от своих митохондрий. Если митохондрии нейрона не справляются с выработкой энергии для удовлетворения его потребностей, запускается аппарат клеточной смерти и нейрон самоликвидируется. В итоге, например, к тому моменту, когда проявляются первые симптомы болезни Альцгеймера, объем мозга уменьшается на четверть. Астроциты умеют обходиться и без митохондрий. Они переключаются на альтернативные источники энергии (так называемое гликолитическое переключение) и становятся почти неуязвимы для механизма запрограммированной клеточной смерти. Этими двумя противоположными исходами и объясняется, почему в старости дегенерация и рак могут идти рука об руку. Если клетки не в состоянии переключиться на альтернативные источники энергии, они умирают, вызывая развитие дегенеративных заболеваний, приводящих к уменьшению тканей и органов и перекладыванию все большей и большей ответственности на оставшиеся клетки. С другой стороны, клетки, которые умеют переключаться на другой режим, так и делают и становятся почти неуязвимыми для механизма клеточной смерти. Подстегиваемые непрекращающимися воспалительными реакциями, они активно делятся, быстро накапливая мутации, освобождающие их от ограничений нормального клеточного цикла, и превращаются в раковые клетки. Нейроны редко образуют опухоли, если вообще их образуют, а вот астроциты грешат этим сравнительно часто¹¹.

В свете этих фактов становится понятно, почему ограничение калорийности питания может защищать от возрастных заболеваний, равно как и от самого старения, по крайней мере если начинать себя ограничивать сравнительно рано (до износа митохондрий — то есть в среднем возрасте еще не поздно). Сокращая утечку свободных радикалов, делая митохондриальные мембраны устойчивее к повреждениям и увеличивая число митохондрий, ограничение калорийности, по сути, “переводит стрелки” биологических часов. Тем самым оно “выключает” сотни генов, работа которых связана с воспалением, возвращая эти гены в “моложавую” химическую среду, и одновременно укрепляет клетки, защищая их от запрограммированной смерти. Эта комбинация препятствует развитию и дегенеративных заболеваний, и рака, и замедляет старение. Вполне вероятно, что на самом деле здесь действуют и другие факторы (такие как прямое подавление иммунных реакций, происходящее за счет того, что подавляется TOR), но в принципе большинство выгод ограничения калорийности можно объяснить простым сокращением утечки свободных радикалов. Ограничение калорийности делает нас немного похожими на птиц.

Не так давно были получены интереснейшие данные, указывающие на то, что старение работает именно так. В 1998 году Масаси Танака и его коллеги, работавшие тогда в Международном институте биотехнологии в Гифу, проанализировали судьбы людей, обладавших распространенным вариантом одного участка митохондриальной ДНК (по крайней мере, распространенным в Японии). Этот вариант связан с заменой одной-единственной ДНК-буквы. Результатом такой замены оказывается ничтожное сокращение утечки свободных радикалов, едва регистрируемое в любой конкретный момент, но сохраняющееся на всю жизнь. Однако последствия этого изменения огромны. Танака и его коллеги считывали последовательности букв в митохондриальной ДНК у всех подряд из нескольких сотен пациентов одной больницы. У людей в возрасте примерно до пятидесяти в соотношении обладателей двух типов митохондриальной ДНК — “нормального” и интересующего исследователей — не наблюдалось никаких различий. Но после пятидесяти между теми и другими разверзалась пропасть. К восьмидесяти годам у людей, обладающих исследуемым вариантом митохондриальной ДНК, вдвое меньше шансов по какой-либо причине попасть в больницу. Причем они не попадали в больницу вовсе не потому, что умирали, не достигнув соответствующего возраста. Напротив, Танака обнаружил, что японцы, обладающие исследуемым вариантом ДНК, имели вдвое больше шансов дожить до ста лет, чем обладатели “нормального” варианта. Судя по всему, у обладателей исследуемого варианта вдвое меньше шансов заболеть какими-либо возрастными заболеваниями. Я хочу повторить это еще раз, потому что не знаю ни одного другого столь поразительного медицинского факта: одно крошечное изменение в митохондриях вдвое уменьшает вероятность оказаться в больнице с каким-либо возрастным заболеванием и вдвое увеличивает вероятность дожить до ста лет. Если мы действительно хотим решить прискорбные и удручающе дорогостоящие возрастные проблемы со здоровьем у населения нашей стареющей планеты, ясно, что начинать нужно именно отсюда. Вот уж поистине благая весть!

Я вовсе не хочу преуменьшать серьезность проблем, которые науке еще предстоит решить, или принижать достижения исследователей, сделавших делом всей жизни исследование частностей, связанных с отдельными возрастными болезнями. Без их героических усилий, проливших свет на генетические и биохимические аспекты таких болезней, общая теория была бы невозможна. Тем не менее у нас есть все основания опасаться, что те, кто занимается медицинскими исследованиями, часто оказываются не в курсе эволюционного подхода или просто им не интересуются. Если ничто в биологии не имеет смысла, кроме как в свете эволюции, как утверждал проницательный эволюционист Феодосий Добржанский, то с медициной дела обстоят совсем плохо и современные представления о болезнях — полная бессмыслица. “В наше время люди всему знают цену, но понятия не имеют о подлинной ценности”* [* О. Уайльд, “Портрет Дориана Грея”, гл. IV (пер. М. Абкиной). — Прим. пер.]. Поколение моих дедушек и бабушек еще могло стоически утешаться тем, что все это — ниспосланные нам испытания, но теперь подобный фатализм в отношении болезней ушел в прошлое и считается, что они просто случаются, и все. Теперь говорят, что человек “борется” с раком или болезнью Альцгеймера, даже если мы знаем, что он неизбежно проиграет в этой борьбе.

Но смерть и болезни не случайны. Они отнюдь не бессмысленны, и, разобравшись в их смысле, мы можем научиться с ними бороться. Смерть — порождение эволюции. Старение — тоже порождение эволюции. Причины их возникновения чисто прагматические. В самом общем смысле старение отличается гибкостью, представляет собой эволюционную переменную, противопоставленную в великой бухгалтерии жизни целому ряду других факторов, таких как половое созревание. За вмешательство в любой из подобных параметров приходится расплачиваться, но плата бывает разной и, по крайней мере в некоторых случаях, она может быть совсем невелика. Существует принципиальная возможность того, что небольшие изменения настроек определенных биохимических путей позволят нам жить дольше и быть здоровее. Скажу даже больше: эволюционная теория свидетельствует о том, что мы можем искоренить болезни, связанные со старостью, если найдем панацею. Лекарство от старости — не миф.

Однако, подозреваю, лекарство, позволяющее “излечить” болезнь Альцгеймера, — все-таки миф. Надо сказать, что ученые, занимающиеся медицинскими исследованиями, не любят слово “излечить”, предпочитая выражаться осторожнее, и говорят скорее о лекарствах, помогающих при той или иной болезни, или ослабляющих ее проявления, или задерживающих ее развитие. Я сомневаюсь, что мы сможем когда-либо излечить от болезни Альцгеймера людей, уже достигших “состояния” старости, потому что, пытаясь это сделать, мы пренебрегаем условиями эволюционного договора. Наши усилия напоминают попытки починить протекающую плотину, заделывая образовавшиеся трещины шпатлевкой в надежде, что это остановит разрушение. Примерно то же относится к инсультам, болезням сердца, многим формам рака, и так далее. Нам удалось узнать массу впечатляющих подробностей. Мы знаем, что происходит при многих возрастных заболеваниях вплоть до работы отдельных белков и генов, но за деревьями мы не видим леса. Такие болезни случаются именно в старости. Они представляют собой порождения “старой” внутренней среды организма, и если вмешаться на достаточно раннем этапе жизни, мы можем перенастроить эту среду, сделав ее “молодой” или, по крайней мере, “моложе”. Это будет непросто, потому что в договоре прописано множество подробностей, множество пунктов взаимоисключающего выбора. Но я был бы крайне удивлен, если бы, потратив на изучение механизмов, лежащих в основе старения хоть малую долю времени и усилий, выделяемых на медицинские исследования, мы в ближайшие десятилетия не нашли ответ. Ответ, который позволит нам разом излечить все возрастные болезни.

У некоторых людей может вызвать озабоченность этическая сторона увеличения продолжительности жизни, но я подозреваю, что на самом деле здесь может и не возникнуть никаких проблем. Например, дивиденды долгожительства, приносимые ограничением калорийности питания, судя по всему, обратно зависимы от средней продолжительности жизни. У крыс ограничение калорийности увеличивает продолжительность жизни почти вдвое, а у макак-резусов столь существенного увеличения не наблюдается. Исследование макак еще не завершено, но судя по всему, для них выгода от подобной диеты в отношении жизни оказывается скромнее. Однако вполне может быть, что к выгоде в отношении здоровья это не относится. Биохимические изменения, наблюдаемые у сидящих на такой диете макак-резусов, свидетельствуют о том, что в старости они должны меньше страдать от возрастных болезней, даже если продолжительность их жизни увеличится ненамного. Я склонен думать, что надолго сохранить здоровье окажется проще, чем увеличить продолжительность жизни. Если мы сумеем изобрести лекарство от старости, воспроизводящее выгоды ограничения калорийности, но лишенное недостатков подобной диеты, мы, скорее всего, добьемся общего улучшения здоровья и увидим гораздо больше здоровых людей старше ста лет, вроде тех везучих японцев, обладающих особым вариантом митохондриальной ДНК. Но сомневаюсь, что мы увидим людей, доживающих до тысячи или даже до двухсот лет. Добиться этого будет гораздо труднее, даже если мы поставим перед собой такую задачу¹².

Скорее всего мы никогда не будем жить вечно, да и мало кому из нас это действительно нужно. Проблема здесь была заложена еще в устройстве первых колониальных организмов, у которых возникло разделение клеток на половые и соматические. Когда клетки стали дифференцироваться, интересам зародышевой линии были подчинены интересы всего тела. Чем более узкой становилась специализация клеток, тем выгоднее это было всему организму в целом и зародышевой линии в частности. Самые узко специализированные клетки из всех — это нейроны нашего головного мозга. В отличие от многих более “приземленных” клеток, они фактически незаменимы, и каждая из них может иметь десять тысяч синаптических связей, любая из которых основана на неких конкретных аспектах нашего уникального опыта. Наш мозг нельзя заменить новым. Когда нейроны умирают, для их восполнения обычно не находится фонда соответствующих стволовых клеток, а если когда-нибудь мы и научимся создавать такой фонд, ясно, что за его работу нам придется платить собственным жизненным опытом. Так что ценой бессмертия окажутся наши же человеческие качества.

Водной из самых поразительных передач за всю историю телевидения были такие кадры: Джейкоб Броновский шагал по болоту в окрестностях Освенцима, куда смыли прах четырех миллионов человек, в том числе его родных и близких, и говорил в объектив камеры так, как умел говорить только он. Он говорил, что наука не лишает людей человеческого достоинства и не рассматривает их как безличные единицы. Но Освенцим делал именно это. И виной тому был не отравляющий газ, а высокомерие. Догматизм. Невежество. По словам Броновского, так бывает, когда люди претендуют на знания богов, не проверяя их на относимость к реальности.

Наука же — очень человечная форма познания. Броновский прекрасно об этом сказал: “Мы всегда идем по краю неизведанного, всегда с надеждой прощупываем почву под ногами. Всякое научное суждение высказывается на грани ошибки, как сугубо личное мнение. Наука прославляет все, что познаваемо, несмотря на свойственную нам склонность ошибаться”.

Эта сцена из цикла передач “Восхождение человека” была снята в 1973 году. В следующем году автор и ведущий этого цикла, человечный, как сама наука, умер от сердечного приступа. Но то, что он оставил после себя, продолжает вдохновлять людей, и мне неизвестно лучшее воплощение живого духа науки. И в соответствии с этим духом в своей книге я тоже шел по краю неизведанного. Она содержит немало суждений на грани ошибки. И она тоже прославляет то, что познаваемо, несмотря на свойственную нам склонность ошибаться.

Но где же проходит эта грань между ошибкой и истиной? Некоторые ученые не согласятся с теми или иными деталями, некоторые — согласятся. Разногласия возникают именно на грани ошибки, и не так уж сложно эту грань перейти. Но если детали меняются или оказываются ошибочны, означает ли это, что ошибочна картина целиком? Относительны ли научные знания, особенно касающиеся далекого прошлого? Можно ли в них усомниться (что ежедневно делают те, кто предпочитает искать утешение в догматизме)? И правы ли те, кто утверждает, будто наука об эволюции — это всего лишь очередная догма, не допускающая сомнений?

Ответ, по-моему, состоит в том, что смысл множества научных данных вполне может быть однозначным, несмотря на склонность человека ошибаться. Мы не можем во всех подробностях узнать прошлое, и все имеющиеся у нас данные допускают различные интерпретации, предлагая которые, мы всегда можем ошибиться. Именно поэтому ученые так много спорят. Но наука уникальна тем, что она позволяет разрешать споры путем экспериментов и наблюдений, путем проверки соотношения наших представлений с реальностью. В итоге из бесчисленных деталей вырисовывается нечто большее, как из множества пикселей, если рассматривать их на достаточном расстоянии, возникает картина. Сомневаться в эволюции всего живого, несмотря на то, что многие из подробностей, изложенных в этой книге, вполне могут оказаться ошибочными, значит сомневаться в непротиворечивых данных о множестве всевозможных предметов, от молекул до людей, от бактерий до планетных систем. Это значит сомневаться в данных биологии и в их согласованности с данными физики и химии, геологии и астрономии. Сомневаться в достоверности экспериментов и наблюдений, сомневаться в проверке представлений на их соотношение с реальностью. Это значит, наконец, сомневаться в самой реальности.

Я думаю, что картина, нарисованная в этой книге, верна. Все живое, несомненно, возникло путем эволюции и эволюционировало в общих чертах именно так, как здесь описано. Это не догма, а научные данные, прошедшие строгие проверки на отношение к реальности и исправленные в соответствии с ними. Совместима ли эта общая картина с верой в Бога, я не знаю. Для одних людей, глубоко, детально знакомых с теорией эволюции, — совместима, для других — нет. Но каковы бы ни были наши убеждения, эти несметные богатства знаний заслуживают восхищения и восторга. Как замечательно, что у нас есть так много общего со всем, что живет вокруг нас на этом сине-зеленом шарике, вертящемся в безжизненном бескрайнем космосе. В этом воззрении есть не только величие. В нем есть и человеческая склонность ошибаться, и стремление исправлять ошибки, и торжество разума, и жажда познания во всей красе.

1. Реакции этого типа называются окислительно-восстановительными. Для них характерна передача электрона от донора (в данном случае — водорода) акцептору (в данном случае — кислороду), обладающему гораздо большей потребностью в их присоединении. В итоге образуется термодинамически стабильный конечный продукт (вода). В ходе любой окислительно-восстановительной реакции происходит передача электронов от донора акцептору, и примечательно, что все живое, от бактерий до человека, получает энергию за счет того или иного механизма передачи электронов. Венгерский нобелевский лауреат Альберт Сент-Дьерди высказался так: “Жизнь есть не что иное как электроны, которые ищут себе место для отдыха”.

2. Это не совсем так. Гидротермальные источники испускают слабый свет (см. главу 7), незаметный для человеческого глаза, но достаточно сильный, чтобы давать некоторым бактериям энергию для фотосинтеза. Однако эти бактерии, по сравнению с серными, вносят небольшой вклад в изобилие экосистем гидротермальных источников. Кстати, скромная роль тепла и света в жизни гидротермальных источников подтверждается сравнительно недавним открытием полей холодных источников на океанском дне, фауна которых почти столь же богата и мало чем отличается от фауны горячих источников.

3. Есть и другие трудности: связанные с температурой (по мнению некоторых исследователей, слишком высокой для продолжительного существования органических молекул), кислотностью (в большинстве “черных курильщиков” слишком кислая среда для поддержания предполагаемых Вехтерсхойзером реакций, и реакции синтеза, проводившиеся в его собственной лаборатории, шли только в щелочной среде) и серой (по меркам современных биохимических реакций, ее слишком много).

4. Еще один интересный вопрос связан с долгосрочными последствиями охлаждения глубоких слоев планеты. В результате постепенного охлаждения мантии вода все больше должна связываться с породами, входить в состав их структуры и все реже при вулканической активности вырываться под действием тепла на поверхность. Охлаждаясь, планета рано или поздно может поглотить собственные океаны. Такого рода процесс мог быть одной из причин исчезновения воды на Марсе.

5. Одноклеточные прокариотические (то есть не имеющие ядра) организмы делятся на два царства: бактерий и архей. “Потерянный город” населен преимущественно археями, получающими энергию за счет синтеза метана (метаногенеза). Биохимия архей сильно отличается от биохимии сложных (эукариотических) клеток, из которых сложены растения и животные. Среди патогенных и паразитических прокариот не известно ни одной архей — лишь бактерии, биохимия которых имеет гораздо больше общего с биохимией клеток-хозяев. Возможно, архей просто слишком отличаются от других организмов, чтобы сожительствовать с ними. Уникальным исключением мог быть союз архей и бактерии, от которого около двух миллиардов лет назад, вероятно, произошли эукариотические клетки (см. главу 4).

6. Уксус по-латыни — acetum, отсюда корень “ацетил”. В ацетилтиоэфире двухуглеродная основа молекулы уксусной кислоты присоединена к другой органической молекуле через атом серы. Кристиан де Дюв уже два десятилетия указывает на ключевую роль, которую ацетилтиоэфиры должны были играть на ранних этапах эволюции, и в последнее время экспериментаторы наконец начали принимать его доводы всерьез.

7. Подробности этой истории, а также другие сведения о странностях и исключительной важности хемиосмоса я попытался изложить в своей предыдущей книге “Энергия, секс, самоубийство: митохондрии и смысл жизни”.

Я писал эту книгу отнюдь не в одиночестве. Значительную часть времени вместе со мной дома были мои маленькие сыновья, Энеко и Хьюго, и хотя их присутствие не всегда способствовало концентрации, оно прибавляло смысла каждому написанному слову и радости процессу. Моя жена, доктор Ана Идальго, обсуждала со мной каждую тему, каждую идею, каждое слово, нередко открывая передо мной новые перспективы и решительно очищая текст от словесного мусора. Я привык полагаться на ее суждения, как научные, так и литературные. Там, когда я прежде пытался спорить, но затем задумывался и признавал ее правоту, теперь я без колебаний следую ее советам. Эта книга без нее была бы гораздо хуже, и многими своими достоинствами она обязана именно ей.

Многие из вопросов, которым посвящена эта книга, стали предметом продолжавшихся в любое время дня и ночи плодотворных обсуждений по электронной почте с соответствующими специалистами, чьи мысли и оценки существенно помогли мне в работе. Хотя я всегда излагал и обсуждал вошедшие в книгу материалы по-своему, я весьма признателен им за щедрость, с которой они делились мыслями и познаниями. Я особенно благодарен профессору Биллу Мартину из Университета им. Генриха Гейне в Дюссельдорфе, профессору Джону Аллену из Лондонского университета королевы Марии и профессору Майку Расселу, в настоящее время работающему в Лаборатории реактивного движения Калифорнийского технологического института. Всех этих людей отличает глубина и оригинальность мыслей, и я в большом долгу перед ними за потраченное время, а также за их ободрение, здоровую критику и заразительную любовь к науке. Когда я чувствовал упадок моральных сил, встреча с любым из них или письмо неизменно возвращали меня к жизни.

Но мне помогали не только они, и я признателен целому ряду других исследователей, разъяснявших мне свои идеи, а также читавших и комментировавших отдельные главы. Каждую из них мне удалось улучшить благодаря конструктивной критике по крайней мере двух специалистов в соответствующей области. Перечислю их (в алфавитном порядке): профессор Густаво Барха, Мадридский университет Комплутенсе; профессор Боб Блэнкеншип, Университет Вашингтона в Сент-Луисе; профессор Дерек Дентон, Мельбурнский университет; доктор Джоэл Дэкс, Университет Альберты; профессор Фрэнк Зебахер, Сиднейский университет; профессор Марсель Классен, Нидерландский институт экологии; профессор Шелли Копли, Колорадский университет в Боулдере; профессор Павел Котея, Ягеллонский университет (Краков); профессор Кристоф Кох, Калифорнийский технологический институт; доктор Евгений Кунин, Национальные институты здоровья (штат Мэриленд); профессор Майкл Лэнд, Университет Сассекса; профессор Бьорн Меркер, Уппсальский университет; профессор Сальвадор Монкада, Университетский колледж Лондона; профессор Хосе Мусаккио, Нью-Йоркский университет; профессор Сэлли Отто, Университет Британской Колумбии; доктор Ли Суитлав, Оксфордский университет; доктор Джон Терни, Имперский колледж Лондона; профессор Питер Уорд, Вашингтонский университет (Сиэтл); профессор Пол Фалковски, Рутгерский университет (штат Нью-Джерси); профессор Хью Хаксли, Университет Брандейса (штат Массачусетс). Во всех ошибках, которые остались в книге, виноват лишь я.

Я благодарен своим родным, как британским, так и испанским, за любовь и поддержку. Из них особенно много для этой книги сделал мой отец, не раз отвлекавшийся от сочинения собственных книг об истории, чтобы читать и комментировать почти все главы, преодолевая свою нелюбовь к молекулам. Я также очень признателен кругу моих друзей (постепенно сужающемуся), по-прежнему соглашающихся читать и комментировать главы вот уже третьей моей книги. Среди них назову: Майка Картера за его несравненное великодушие, проявленное и в самые трудные времена; Эндрю Филипса за плодотворные обсуждения и доброжелательные замечания; Пола Эсбери за совместное скалолазание, прогулки и разговоры. Кроме того, я благодарен профессору Барри Фуллеру за сквош и регулярные разговоры о науке за пивом; профессору Колину Грину за широту интересов и за то, что он верил в меня, когда мне это было особенно нужно; доктору Иэну Экленду-Сноу за безграничный энтузиазм и напоминание мне о том, как часто мне везет; доктору Джону Эмсли за продолжающиеся уже немало лет плодотворные беседы о научно-популярной литературе и за содействие в моем обращении к этому жанру; профессору Эриху Гнайгеру и Андреа Гнайгер за их безмерное гостеприимство, а также мистеру Девани и мистеру Адамсу, замечательным учителям, много лет назад заронившим в мою душу семена не покидавшей меня с тех пор любви к биологии и химии.

Наконец, я хочу отметить вклад в эту книгу редакторов Эндрю Франклина и Анджелы фон дер Липпе из издательств “Профайл букс” и “У.У. Нортон энд компани”, неизменно поддерживавших меня и с самого начала веривших в эту книгу, а также Кэролайн Дони, моего литературного агента из “Юнайтед эйджентс”, у которой всегда найдется доброе слово и которая никогда не теряет оптимизма.

Данные, на которых основана эта книга, в основном почерпнуты из первоисточников, но чтение всех указанных ниже книг принесло мне немало открытий и доставило немало удовольствия. Я согласен далеко не со всем, что в них говорится, но ведь в этом и состоит одна из прелестей любой хорошей книги. Большинство из них написаны для массового читателя и одновременно представляют собой оригинальные научные работы, продолжая тем самым традиции самого “Происхождения видов”. Порядок алфавитный.

David Beerling The Emerald Planet. Oxford University Press, 2006. Превосходная книга о роли растений в истории нашей планеты. Пространные красочные зарисовки об эволюции.

Susan Blackmore Conversations on Consciousness. Oxford University Press, 2005. На удивление беспристрастная попытка осмыслить противоречивые взгляды на сознание ведущих ученых и философов. Jacob Bronowski The Ascent of Man. Little, Brown and Company, 1974. Книга, основанная на серии телепередач. Просто великолепная. Graham Cairns-Smith Seven Clues to the Origin of Life. Cambridge University Press, 1982. В научном плане во многом устаревшая книга, содержащая, тем не менее, непревзойденный, достойный Шерлока Холмса анализ улик, касающихся фундаментальных основ химии всего живого.

Graham Cairns-Smith Evolving the Mind. Cambridge University Press, 1998. Отличная, неординарная апология квантовых теорий сознания, написанная оригинальным мыслителем.

Francis Crick Life Itself. Simon & Schuster, 1981*. Попытка одного из умнейших ученых XX века доказать недоказуемую гипотезу. Книга устаревшая, но прочитать ее все же стоит.

Antonio Damasio The Feeling of What Happens. Vintage Books, 2000. Одна из нескольких книг этого автора, вполне стоящая, как и остальные, поэтичная и насыщенная. Неврологическая сторона особенно ценна, эволюционная — слабее других.

Charles Darwin The Origin of Species (1859). Одна из важнейших книг в истории человечества.

Paul Davies The Origin of Life. Penguin, 2006. Хорошая книга, хотя ее автор, пожалуй, склонен видеть слишком много затруднений для происхождения жизни.

Richard Dawkins Climbing Mount Improbable. Viking, 1996. Одна из тех удивительно редких научно-популярных книг, где подробно обсуждается эволюция сложных признаков, например глаза. Стиль Докинза, как всегда, неподражаем.

Richard Dawkins The Selfish Gene. Oxford University Press, 1976**. Одна из главных книг нашего времени. Читать обязательно.

Daniel Dennett Consciousness Explained. Little, Brown and Company, 1991. Спорная книга, уже ставшая классикой.

Derek Denton The Primordial Emotions. Oxford University Press, 2005. Изящная книга, отстаивающая важный тезис об изначальных эмоциях, вдвойне ценная тем, что содержит превосходные обсуждения трудов других исследователей и мыслителей.

Christian de Duve Singularities. Cambridge University Press, 2005. Насыщенная книга, где в сжатой форме излагаются многие идеи

Рус. пер.: Крик Ф. Жизнь как она есть: ее зарождение и сущность. М.: Институт компьютерных исследований, 2002. — Прим. пер.

Рус. пер.: Докинз Р. Эгоистичный ген. М.: ACT: Corpus, 2013. — Прим. пер. автора. Содержит кратное изложение ясных мыслей выдающегося ученого, но может отпугнуть тех, кто не особенно дружит с химией. Christian de Duve Life Evolving. Oxford University Press, 2002. Поэтичная книга об эволюции жизни и о нашем месте во Вселенной. Читается как песня, несмотря на то, что Singularities — ее продолжение.

Gerald Edelman Wider than the Sky. Penguin, 2004. Небольшая, но насыщенная книга, которая может послужить хорошим введением в ценные идеи Эдельмана.

Richard Fortey Trilobite! HarperCollins, 2000. Читается с наслаждением, как и все книги Форти. Особенно хорошо изложена эволюция глаз трилобитов с их кристаллическими хрусталиками. Tibor Ganti The Principles of Life. Oxford University Press, 2003. Оригинальный взгляд на принципы устройства жизни, хотя несколько и оторванный от фактов биохимии. Не без некоторых колебаний я решил не обсуждать в своей книге идеи Ганти.

Steven Jay Gould The Structure of Evolutionary Theory. Harvard University Press, 2002. Серьезный научный труд, хотя местами и страдающий от характерной для Гулда бравады. Настоящая золотая жила интересных сведений.

Franklin Harold The Way of the Cell. Oxford University Press, 2001. Прекрасная, очень глубокая книга о клетке, исполненная поэзии настоящей науки. Не всегда легко читается, но попытаться, несомненно, стоит.

Steve Jones The Language of the Genes. Flamingo, 2000. Прекрасное введение в генетику, написанное с блеском.

Steve Jones Almost Like a Whale. Doubleday, 1999. Яркое изложение идей Дарвина, дополненных досконально известными автору современными данными.

Horace Freeland Judson The Eighth Day of Creation. Cold Spring Harbor Press, 1996. Исторический труд, в основу которого легли интервью с первопроходцами молекулярной биологии, чьи открытия ознаменовали начало новой эпохи.

Том Kirkwood Time of Our Lives. Weidenfeld & Nicolson, 1999. Одно из лучших введений в биологию старения, написанное одним из первопроходцев этой области науки. Естественнонаучная работа, наполненная человечностью.

André Klarsfeld, Frederic Revah The Biology of Death. Cornell University Press, 2004. Вдумчивое исследование старения и смерти с точки зрения биологии клетки. Редкое сочетание эволюционного подхода и медицины.

Andrew Knoll Life on a Young Planet. Princeton University Press, 2003. Хороший обзор древнейших этапов эволюции, доступно написанных одним из ведущих специалистов в этой области. Весьма поучительно.

Christof Koch The Quest for Consciousness. Roberts & Co., 2004. Учебник, довольно сложно написанный, но самобытный и глубокий. Взвешенный анализ природы сознания, предпринятый человеком острого ума.

Marek Kohn A Reason for Everything. Faber and Faber, 2004. Краткие биографии пяти британских эволюционистов, красноречиво и познавательно изложенные. Очень хорошо описаны исследования эволюции полового размножения.

Michael Land, Dan-Eric Nilsson Animal Eyes. Oxford University Press, Oxford, 2002. Учебник, посвященный зрению животных, доступно написанный и хорошо передающий фантастическую изобретательность эволюции.

Nick Lane Power, Sex, Suicide. Oxford University Press, 2005. Плод моих собственных изысканий в области клеточной биологии и эволюции сложности с точки зрения энергетики клетки.

Nick Lane Oxygen. Oxford University Press, 2002. История жизни на Земле, в которой отмечается особая роль кислорода — газа, благодаря которому стали возможны сложные формы жизни. Primo Levi The Periodic Table. Penguin, 1988. На самом деле эту книгу нельзя считать научно-популярной, но она полна поэзии, человечности и науки и написана одним из настоящих мастеров литературы. Lynn Margulis, Dorion Sagan Microcosmos. University of California Press, 1997. Хорошее введение в великие чудеса микромира, написанное при участии одной из культовых фигур биологии, известной в том числе и весьма спорными идеями.

Bill Martin, Miklös Müller, eds Origin of Mitochondria and Hydrogenosomes. Springer, 2007. Сборник научных трудов многих авторов, посвященных эпохальному эволюционному событию — возникновению эукариотической клетки. Отражает многообразие современных взглядов на этот предмет.

John Maynard Smith, Eors Szathmäry The Origins of Life. Oxford University Press, 1999. Популярная переработка классического труда тех же авторов The Great Transitions of Evolution. Oxford University Press, 1997. Выдающийся труд двух великих умов.

John Maynard Smith Did Darwin get it Right? Penguin, 1988. Сборник эссе, написанных покойным гуру эволюционной биологии. Некоторые тексты посвящены эволюции полового размножения. Oliver Morton Eating the Sun. Fourth Estate, 2007. Чудесная книга, совмещающая достойную романиста глубину проникновения в характеры людей и мест с искренним восхищением молекулами и планетами. Особенно хорошо освещена проблема глобального потепления.

Andrew Parker In the Blink of an Eye. Free Press, 2003. Книга, в которой немало прелести, несмотря на некоторую узость авторского взгляда. Vilayanur Ramachandran The Emerging Mind. Profile, 2003* [* Рус. пер.: Рамачандран В. С. Рождение разума: загадки нашего сознания.]. Сборник лекций, прочитанных Рамачандраном на Би-би-си в 2003 году, представляющий собой, по сути, его более раннюю книгу Phantoms in the Brain в сжатом виде. Игра самобытного, творческого ума.

Mark Ridley Mendel’s Demon. Weidenfeld & Nicolson, 2000. Настоящий интеллектуальный пир, совмещающий глубину проникновения в предмет эволюции сложности с остротой ума.

Matt Ridley The Red Queen. Penguin, 1993** [** Рус. пер.: Ридли М. Секс и эволюция человеческой природы. М.: Эксмо, 2011. — Прим. пер.]. Эпохальная книга об эволюции полового размножения и полового поведения, глубокая и отличающаяся самобытностью. М.: Олимп-Бизнес, 2006. — Прим. пер.

Matt Ridley Francis Crick. HarperPress, 2006. Первоклассная биография одной из интереснейших личностей в истории науки XX века. Автор описывает своего героя тонко и разносторонне, с неизменной любовью.

Steven Rose The Making of Memory. Vintage 2003*. Достойная внимания книга о нейронных процессах, лежащих в основе памяти, особенно хорошо описывающая социальную структуру науки.

Ian Stewart, Jack Cohen Figments of Reality. Cambridge University Press, 1997. Эклектичный, но остроумный профессиональный взгляд на сознание. Увлекательная, хотя и необъективная книга. Peter Ward Out of Thin Air. Joseph Henry Press, 2006. Изложение серьезной оригинальной гипотезы, объясняющей продолжительное господство динозавров. Написано доступно и убедительно. Carl Zimmer Parasite Rex. The Free Press, 2000. Превосходная книга о важности паразитов, включающая замечательный раздел о роли паразитов в эволюции полового размножения.