Энергия и жизнь

И опять достойно упоминания то, что при ненужности функции даже эта совершенная структура может быть потеряна полностью. Примером тому служат паразитические черви, в условиях полного обеспечения пищей утратившие голову вместе с мозговыми клетками.

Теперь очередь за третьим компонентом системы — исполнительным органом. У высших животных это мышца. Совершенно очевидно, что чем быстрее организм достигнет источника пищи или избегнет опасности, тем больше вероятность его выживания, выше уровень его адаптации к условиям окружающей среды. И здесь природе пришлось вырабатывать разнообразные пути решения. Движение с помощью жгутиков было освоено уже на уровне одноклеточных прокариот. Сам бактериальный жгутик вращается в мембране, его основание — базальное тельце — крутится подобно ротору электродвигателя, что обусловлено градиентом концентрации ионов водорода. Аналогия с электродвигателем довольно глубокая, так как в обоих случаях имеется вращающееся электромагнитное ноле. Природа изобрела колесо давным-давно, только его размеры оказались малыми, и оно не смогло эффективно работать. Ускорение движения одноклеточного эукариотного организма могло быть обеспечено и обеспечивается увеличением числа ресничек, но предел тут достигается довольно быстро, и он имеет диффузионную основу (например, диффузия топлива к месту работы). Задача могла быть решена только на уровне многоклеточных, с развитием специализированных клеток. Удлинение движущегося рычага, помещенного в среду, содержащую топливо (типа АТФ), образование «сократительной нити» — вот путь совершенствования мышцы, нового аппарата перемещения организма в пространстве, по С. Э. Шнолю.

И здесь существенно представление о регрессе структуры. На собственном примере каждый из нас может убедиться, как быстро может потерять объем и эластичность мышца, если ее не нагружать. Проблема становится особо острой в условиях невесомости. Для длительных полетов пришлось разработать сложные программы интенсивных нагрузок.

Конечно, вся система обратной связи развивалась согласованно. Так, скорость физической реакции на раздражение не должна была сдерживаться, например, скоростью распространения нервного импульса, и той «пришлось» возрасти от 0,1 до 150 м/с, приблизившись к скорости звука.

Проведенное рассмотрение информационно-управляющей системы наглядно демонстрирует первичность функции перед структурой. Вывод этот не имеет оттенка телеологичности, если не забывать о движущих энергетических потоках, инициирующих круговороты. Сам вывод не противоречит заключениям эволюционистов, особенно если речь идет о конвергентном сходстве, казалось бы, далеких по происхождению структур. Примечательно в этом смысле высказывание известного эволюциониста Э.Майра [1968, с. 403]: «Мир животных, так же как и мир растений, полон конвергенции, когда сходные требования среды вызывают сходные фенотипические реакции у неродственных или по крайней мере не близкородственных организмов. Если существует только одно эффективное решение для данной функциональной проблемы, то весьма различные генные комплексы дадут одно и то же решение независимо от того, сколь бы ни были различны избранные пути. Поговорка, что „все дороги ведут в Рим“, столь же верна, как и в житейских делах».

И над всем этим витает «дух» энергетического (но не энтропийного) совершенствования. Можно считать, что развитие систем кодового управления хорошо соответствует действию энергетических принципов: увеличение активности организмов (в том числе и по захвату энергии, и по относительному уменьшению), экономии трат на поддержание структуры (вспомним потерю головы паразитом, если она не нужна).

В целом анализ развития информационно-управляющих систем животных хорошо демонстрирует важность энергетических характеристик в эволюции животных, особенно на верхних ступенях эволюционной лестницы. Для этого уровня становятся существенными социальные функции и структуры.

8.3. «Самоорганизация» на уровне популяций

Уделяя особое внимание морфофизиологическим структурам отдельного организма, изучая громадное, почти непостижимое разнообразие форм, очень легко оказаться в плену организмоцентризма, т. е., грубо говоря, считать, что структура организма и органа определяет его функцию. В предыдущем параграфе, говоря об особенностях морфологических и информационных структур организмов, мы старались подчеркивать ведущую роль функции. Но особенно ярко приоритет функции выступает, если подняться на следующую ступень и рассматривать популяционный уровень отношений организмов.

В связи с этим заслуживает отдельного рассмотрения поведенческий аспект в эволюции животных. Социальная сторона его очевидна, так как практически вся жизнь животных связана с их отношениями в популяциях. Роль поведения в эволюционных сдвигах отмечалась эволюционистами разных направлений, для пас важно проследить, как с его совершенствованием «улучшается» энергетика популяции (и количественно. и качественно). Как отмечает Э. Майр, выбор нового биотопа, использование новой пищи представляет собой, как .правило, новый аспект поведения и играет основную роль при переходе в новые адаптивные зоны. «Поведение представляет собой наиболее важный эволюционный определяющий фактор; особенно при возникновении новых тенденций... Большинство недавних переходов в новые экологические ниши вначале не сопровождалось структурными модификациями. В тех случаях, когда развиваются новые повадки, вслед за этим рано или поздно происходят структурные изменения» [Майр, 1968, с.401]. Таким образом, явно говорится о первичности поведения, связанного с функцией, и вторичности структуры.

Еще в начале нашего века высоко оценивал адаптивность поведения А. Н. Северцов. Он отмечал, что при быстрых изменениях условий существования в неблагоприятную сторону выживают животные — «изобретатели новых способов поведения».

Рассмотрим некоторые особенности популяционных структур высших животных. В любой группе животных, обитающих совместно на одной территории, всегда имеется определенная иерархическая структура. Она проявляется в комплексе постоянно поддерживаемых отношений доминирования и подчинения. Существуют две крайние формы иерархии. В одном случае какое-либо одно животное — вожак доминирует над остальными, между которыми нет различий по рангу. В другом устанавливается линейная иерархия: одна особь доминирует над всеми, следующая подчиняется первой, но доминирует над оставшимися вплоть до последней, которая подчиняется всем (хорошо известен быстро устанавливающийся у цыплят линейный порядок клевания при недостатке корма: вначале ест самый сильный цыпленок, за ним всегда второй и т. д.). Обычно устанавливается комбинация из этих форм, иногда возможны кольцевые связи.

Иерархия устанавливается в результате агрессивного «выяснения отношений», побеждает наиболее сильная агрессивная особь, как правило взрослый самец. Для группы это выгодно, если ее возглавляет самая сильная или самая умная особь. Для доминирующей особи это тоже очевидно. Для подавляемых особей выгода не столь очевидна, но и тут есть преимущество: нет слишком частого «битья», т. е. возможна спокойная жизнь, открывается путь к эмиграции, поиску новых местообитаний.

Можно сказать, что в целом иерархическая структура позволяет уменьшить траты на поддержание (на популяционном уровне), без нее слишком много энергии уходило бы на постоянное выяснение отношений внутри группы. После установления иерархии животные мирно сосуществуют в единой группе, занимаясь своими делами. Итак, иерархия способствует повышению активности группы, группа ведет себя как единое целое, что увеличивает ее потенциал в экологической нише, в захвате пищи (энергии) и пространства.

В чем же заключаются преимущества стадного образа жизни? Почему он так широко распространен во многих таксонах животного царства? Перечислим некоторые, имеющие функциональный аспект.

1. Повышение способности к конкуренции. Группа совместно держащихся животных уже своими размерами способна подавить конкурентов, предпочитающих индивидуальный образ жизни. В большинстве групп или локальных популяций существует разделение труда. Хорошо известны, к примеру, коллективные действия хищников во время совместной охоты (волки, львы), когда каждый зверь выполняет свою «задачу».

2. Повышение эффективности добывания пищи. Это преимущество тесно связано с предыдущим.

3. Защита от хищников. Очевидно, что защита от нападения может быть в группе гораздо более эффективной. Существуют целые системы групповой круговой обороны у копытных животных, служащие надежным средством даже при нападении крупных хищников. Высока информационная роль оповещения о приближении хищника, его «окрикивание» и т. д. Это значит, что в среднем каждая особь может больше времени заниматься активным видом деятельности, в том числе и питанием.

4. Изменение среды вплоть до активного. Самый простой пример — совместное согревание в куче животных при похолодании. Более сложный, а подчас вызывающий изумление — это совместная достройка очень сложных, с совершенной термо- и влагорегуляцией жилищ, широко распространенных у общественных насекомых. К этому же типу относится постройка бобрами плотин с регулируемым уровнем воды.

5. Повышение эффективности размножения. Прежде всего, если в стаде имеется активный самец (вожак), то он и оставит больше потомков, что выгодно и для популяции в целом. Для многих групп насекомых характерно роение, в котором участвуют особи, прилетающие издалека. Велика роль стадности и в коллективной защите потомства. Известны целые «детские сады» у стадных млекопитающих, где дети находятся под присмотром не только своих родителей. У тех же общественных насекомых имеются особые категории «нянек», кормящих потомство.