Полеты воображения. Разум и эволюция против гравитации

Здесь я должен упомянуть, что ученые отстаивают две соперничающие теории того, как позвоночные встали на путь полета. Одна теория – “с деревьев вниз”, другая – “с земли вверх”. Пока что я упоминал только первую. Признаюсь, мне она больше нравится. Но каждая теория справедлива для разных летающих животных. Например, летучие мыши, вероятно, возникли согласно теории “с деревьев вниз”, а птицы – “с земли вверх”, к которой мы сейчас обратимся. Птицы произошли от рептилий, уже покрытых перьями и бегавших на задних лапах. Их предками были динозавры – родичи легендарных грозных тираннозавров.

Бегать на двух ногах можно очень быстро, что доказывают сегодняшние страусы. А если быстро бегаешь на задних ногах, передние конечности участвуют в этом лишь косвенно, в отличие от конечностей галопирующих млекопитающих. Тогда, возможно, им удастся найти другое применение. Спортсмены во время бега энергично машут руками вперед-назад. Страусы при помощи “рук” (или укороченных крыльев, унаследованных от предков) ловят равновесие, особенно на поворотах.

Вероятно, рептилиям было экономичнее бегать, перемежая шаги прыжками. Перья, которые первоначально возникли в ходе эволюции для теплоизоляции, помогали прыгать примерно так же, как пушистые хвосты помогают белкам. Особенно перья хвоста и передних конечностей, которые делали прыжки длиннее – так же, как патагий. Тут, вероятно, оказывалось очень полезно растопыривать передние конечности ради равновесия, так из них и получились рудиментарные крылья, которые еще не позволяли летать по-настоящему, но помогали прыгать. Как бы далеко ни могла прыгнуть рептилия без оперенных передних конечностей, у нее это получалось чуть-чуть дальше, если она их растопыривала. Мы уже знаем, что павлины и фазаны летают неважно, их полет – не более чем затяжной прыжок, при помощи которого птицы избегают опасностей. С течением поколений наблюдался плавный подъем ко все более и более длинным прыжкам ради спасения при содействии все более и более увеличивавшейся площади поверхности оперенных передних конечностей, и кульминацией стали настоящие полеты на произвольные расстояния.

Если обратиться от добычи к хищникам, в нашем распоряжении “теория прыгающего хищника”. Согласно этой гипотезе, существовала какая-то разновидность оперенного динозавра, которая специализировалась на охоте из засады. Это животное пряталось в каком-то месте, откуда открывался хороший обзор, и ждало, когда мимо пройдет добыча. После чего прыгало. Оперенные крылья и хвост ненадолго удерживали хищника в воздухе, а следовательно, он мог наброситься на добычу с большего расстояния. Затем, вероятно, следовал постепенный подъем к совершенству – в постепенном увеличении длины прыжка за добычей.

Существует и еще один вариант теории “с земли вверх”, основанной на беге. Насекомые открыли полет задолго до всех позвоночных, и рои летающих насекомых служили богатым источником пищи, который только и ждал, когда позвоночные разовьются в ходе эволюции настолько, что смогут им пользоваться. Вероятно, быстроногие рептилии прыгали в воздух, чтобы поймать их. Щелкали на них зубами, как сегодняшние собаки. Или, словно кошки, тянулись к ним ловкими передними лапами. Обычная домашняя кошка может подпрыгнуть в воздух на целых два метра и ловит вытянутыми лапами не только насекомых, но и птиц. Так делают и крупные кошачьи, например леопарды, но они ловят более крупных птиц. Делали ли что-то подобное древние рептилии, когда охотились на летающих насекомых? Помогали ли им в этом зачаточные “крылья”, еще не научившиеся летать?

Прежде всего взглянем на знаменитого ископаемого археоптерикса. Во многих отношениях это было промежуточное звено между птицами и животными, которых мы привыкли считать рептилиями. У археоптерикса были крылья совсем как у современных птиц, но с торчащими пальцами. В отличие от современных птиц, у него были зубы как у рептилии. Впрочем, напрасно я говорю о современных птицах: покойный Стивен Джей Гулд в одной из своих прелестных книг по естественной истории Hens Teeth and Horse's Toes (“Зубы курицы, пальцы лошади”) описывает, как изобретательные эмбриологи-экспериментаторы сумели заставить эмбрионы цыплят отрастить зубы. В лаборатории они восстановили древнюю способность, утраченную много миллионов лет назад. Еще у археоптерикса был длинный костистый хвост рептилии, который, несомненно, служил важной летательной поверхностью и стабилизатором наряду с крыльями.

ПТИЦА? РЕПТИЛИЯ? КАКАЯ РАЗНИЦА?

Археоптерикс ближе к рептилии-предку всех птиц, поэтому он служит промежуточным звеном. У него были зубы, торчащие пальцы и длинный стабилизирующий хвост.

Как предполагают некоторые ученые, предки археоптерикса обнаружили, что их перья помогают при ловле насекомых. ГСерья на передних конечностях стали такими длинными, чтобы служить своего рода сачком – загребать летающих насекомых. А потом оказалось, что перьевой сачок служит и примитивной летательной поверхностью. Оперенные конечности помогали рептилии в прыжке ловить в свой сачок даже тех насекомых, которые летали относительно высоко^[14]. Летательная поверхность должна быть довольно большой по площади, но и сачок для насекомых тоже. Когда археоптерикс прыгал в воздух за насекомым, сачок служил ему простейшим крылом, которое увеличивало и дальность, и высоту прыжка. Загребающее движение крыла при ловле насекомого, вероятно, напоминало взмах крыла птицы, и это давало дополнительную подъемную силу. Постепенно передние конечности утратили функцию сачка, и на смену ей пришла функция крыла. Таким образом, согласно этой теории, у птиц в ходе эволюции появилась способность летать по-настоящему, махая крыльями. Признаться, мне “теория сачка” и остальные теории из ряда “с земли вверх” представляется менее правдоподобной, чем теория “с деревьев вниз”, однако я упоминаю о них здесь ради полноты. Однако у теории “с земли вверх” есть одна разновидность – теория “бегом вверх по наклонной”. Наземные животные нередко взбегают по стволам деревьев, например, чтобы спастись от хищников. Не все деревья стоят строго вертикально. Некоторые поваленные сухие деревья или отломанные сучья обеспечивают наклонную опору. Представьте себе, что пытаетесь взбежать вверх под углом в 45°. Тут можно помочь себе, махая оперенными передними конечностями. Это еще не крылья, они недостаточно развиты, чтобы парить в воздухе, но если махать ими, когда бежишь вверх по наклонному стволу, они дают ту самую капельку дополнительной подъемной силы и равновесия, которая все меняет. Так что и здесь мы наблюдаем постепенный подъем к совершенству – ив переносном, и в буквальном смысле. И пока протокрылья развивались для покорения наклона в 45°, они автоматически были доступны для усовершенствования, которое позволило бы им преодолеть наклон в 50°.

И так далее. Все это на вид несколько спекулятивно, но ученые уже провели прелестные эксперименты над австралийскими большеногами.

Этих птиц иногда называют кустарниковыми индейками, на самом деле они не индейки. Их так прозвали, поскольку они больше всех остальных австралийских птиц похожи на американскую индейку. Семейство большеногов разработало в ходе эволюции интереснейший метод высиживать яйца. Они на них не сидят, а строят огромную компостную кучу и зарывают яйца в нее. Бактерии в гниющем компосте вырабатывают тепло, поэтому куча становится инкубатором. Яйца в процессе инкубации очень чувствительны к температуре. Если в куче не слишком тепло, они снимают часть материала с верхушки кучи и добавляют новый слой, если в ней слишком холодно. В ходе эволюции клюв у них приобрел функцию термометра, и они втыкают его в компост, чтобы измерить температуру.

Я не смог устоять перед соблазном привести здесь это маленькое отступление. Для этой книги главное то, что птенцы болыпеногов вылупляются уже очень бойкими и самостоятельными. Иначе никак, поскольку родителей рядом нет и присмотреть за ними некому. Примечательно, что уже на следующий день вылупившиеся птенцы уже умеют летать. Они чаще всего убегают от хищников вверх по древесным стволам. И при этом машут крыльями, чтобы подняться повыше. Очевидно, что в прошлом менее развитые крылья помогали предкам болыпеногов взбираться по наклонным стволам. Причем крылья полезны, только если ими махать, как машут ими сегодня птенцы болыпеногов. Мы снова наблюдаем постепенный подъем к совершенству, именно такие подъемы нужны нам, когда приходится объяснять, “что толку в половине крыла”. Вопреки утверждениям креационистов, не так уж трудно представить себе множество сценариев, по которым в ходе эволюции возникло умение летать – возникло постепенно, шаг за шагом. Множество сценариев, при которых лучше половина крыла, чем его отсутствие.

А как же насекомые, которые открыли полет за сотни миллионов лет до позвоночных? Сегодня у большинства насекомых есть крылья, хотя некоторые (скажем, блоха) утратили их, хотя произошли от крылатых предков. Их называют вторичнобескрылыми. Как мы уже знаем, рабочие муравьи и термиты произошли не просто от крылатых предков, а от крылатых родителей. Есть также некоторые первичнобескрылые насекомые, в том числе чешуйницы и ногохвостки, у чьих предков никогда не было крыльев.

Как у всех членистоногих (насекомых, ракообразных, многоножек, пауков, скорпионов и т. д.), тело насекомых состоит из сегментов. Особенно наглядно эта структура видна у многоножек. Они устроены словно поезд из множества вагончиков, выстроенных друг за другом, и у каждого сегмента есть свои ножки. У других членистоногих, например у раков и насекомых, сегментация тоже есть, но она несколько сложнее – разные сегменты (вагончики) в ходе эволюции стали непохожи друг на друга. В поездах тоже иногда много одинаковых вагонов, а иногда у них мало общего, кроме колес и одинаковых механизмов сцепки. Мы, позвоночные, тоже сегментированы, это очевидно по устройству позвоночного столба. Но сегментирована у нас даже голова, надо лишь присмотреться к ней, особенно у эмбриона.

У насекомых первые шесть сегментов составляют голову, однако они срощены, поэтому не сразу заметно, что структура у них как у поезда. То же самое мы наблюдаем у млекопитающих. Следующие три сегмента – грудь. Остальные сегменты составляют брюшко. Каждый из трех сегментов грудки снабжен парой лапок, а у большинства насекомых на двух последних грудных сегментах есть еще и крылья. Мухи (и их родичи, в частности, комары и гнус), как мы уже знаем, – особый случай, поскольку у них только одна пара крыльев, а вторая пара в ходе эволюции уменьшилась и превратилась в гироскопы-жужжальца.

В отличие от крыльев позвоночных, крылья насекомых – не видоизмененные конечности. Мы видели, что это отростки панциря груди. Все шесть ножек освобождаются для ходьбы. По поводу того, как появились крылья, есть много разных теорий. Многие летающие насекомые проходят личиночную стадию развития, и их личинки живут в воде, а на воздух выходят только взрослыми насекомыми. Некоторые такие личинки – нимфы — дышат под водой при помощи жабр. Эти жабры похожи не на рыбьи, а на жабры головастиков – они представляют собой перистые отростки. Некоторые ученые полагают, что крылья насекомых развились из видоизмененных жабр. Другая теория гласит, что водяные нимфы приобрели “паруса”, чтобы скользить по поверхности воды, а в дальнейшем они превратились в крылья.