Читать книгу: «Метазоа. Зарождение разума в животном мире», страница 4

3. Восхождение мягкого коралла

Восхождение

В заливе к северу от австралийского Сиднея, недалеко от тех самых ступенек, по которым мы спускались в первой главе, под водой есть песчаная равнина. Сформирован залив впадающей в Тихий океан извилистой рекой, которая берет начало в эвкалиптовых лесах материка.

Подводная равнина подвержена сильному влиянию приливно-отливных течений. Во время прилива морская вода заходит в реку, а с отливом возвращается в океан. Течение привлекает сюда самых разнообразных животных, но оно же ограничивает время возможного погружения с аквалангом лишь парой часов в день между приливом и отливом, когда вода спокойна. Каждая такая пауза длится примерно час. Погружаться можно в высшей точке прилива, и нужно успеть вернуться до того, как массы воды начнут двигаться.

Отлив наступает мгновенно – рывок, и вас уже куда-то уносит. Еще минута – и плыть против течения невозможно. Задержитесь немного – вас утянет в открытое море.

Там и сям на этой равнине растут поля фиолетовых и белых мягких кораллов. Они действительно мягкие и нежные, в отличие от шероховатых и окаменелых «жестких» кораллов, которые распространены в тропиках. Коралловые деревца напоминают кочанчики цветной капусты, хотя сравнение с капустой несправедливо по отношению к этому животному. Издалека кораллы похожи на белые и лиловые облачка, с близкого расстояния можно рассмотреть в них тонкие прожилки и волоконца. В ветках коралла обитают мелкие крабы и моллюски каури.

Если вы приближаетесь к кораллам со слабым течением воды – скажем, вас приносит последняя волна прилива, – кажется, будто вы летите на бесшумном планере навстречу облакам, растущим из земли на толстеньких бледных ножках. Эти деревца – не отдельные организмы, а колонии, состоящие из множества мелких животных – коралловых полипов. Из второй главы мы узнали, что внутри каждого бушует бесконечный микроскопический шторм. Но внешне коралл кажется неподвижным, лишь кое-какие животные поактивнее шныряют меж его ветвей.

Несколько лет назад местный дайвер и исследователь Том Дэвис, бессчетное число раз погружавшийся в залив в периоды затишья на вершине прилива, задался вопросом: а чем заняты мягкие кораллы, когда никто на них не смотрит? Конечно, большую часть суток течение слишком сильно, чтобы дайвер мог непосредственно наблюдать за кораллами, но ведь можно установить на дне камеры, которые будут снимать, что происходит, когда течение сильное, а людей поблизости нет.

С помощью жены Николы Том установил несколько камер в местах, где встречаются кораллы. Через какое-то время они их достали, просмотрели записи и обнаружили нечто удивительное: когда вода, сменив направление движения, ускоряется, кораллы медленно вытягиваются, раздуваясь, пока не станут раза в три больше, чем в спокойной воде⁴⁶. Скорее всего, они встают во весь рост, чтобы уловить как можно больше пищи, которую несет с собой течение. Когда течение замедляется, кораллы сдуваются, и в те краткие часы, когда человек способен к ним вернуться, прижимаются ко дну.

В поисках первых действий

Кораллы относятся к книдариям, или стрекающим, – к той же группе животных, что и медузы и актинии⁴⁷. Эта группа отделилась от нашей эволюционной линии на одном из самых ранних этапов истории животного мира. Последний наш общий предок жил около 650–700 миллионов лет назад. Точные цифры неизвестны, но он определенно жил позже, чем общий предок человека и губки.

Тело стрекающих мягкое, радиально симметричное, то есть имеет форму диска или чаши; часто оно обрамлено щупальцами, которые могут выглядеть и как длинная бахрома, и как короткие пальчики. У стрекающих есть мускулы и электризуемые нити нервной сети.

У многих стрекающих сложный жизненный цикл, по ходу которого они претерпевают ряд изменений⁴⁸. Эти переходы немного похожи на метаморфозу, сопровождающую превращение гусеницы в бабочку, но аналогия не вполне точная, поскольку тело стрекающего не просто изменяется, но в несколько приемов размножается, как если бы из одной гусеницы получалось много бабочек, а из одной бабочки – множество гусениц. Во взрослом состоянии стрекающие выглядят либо как медузы, либо как полипы. Полип, как правило, прикрепляется к поверхности и часто имеет форму чашечки. Медуза выглядит как обычная медуза, плавающая в толще воды и окруженная развевающимися щупальцами. Многие книдарии поочередно принимают эти две формы. Кораллы и актинии существуют только в виде полипов.

На рифе, чуть дальше от похожих на облачка коралловых деревьев, обитает другой вид мягкого коралла. Эти кораллы тоже бывают похожи на кусты, но часто образуют и бесформенную массу. Каждый полип – словно белый цветочек с восемью длинными, похожими на пальчики щупальцами. От каждого пальчика, в свою очередь, отходят маленькие отростки. Пальчики на пальчиках! Они называются пиннулы. Нередко колония кораллов обрастает оранжевой губкой: губка укрывает ее как одеяло, а те части полипов, что напоминают цветочки, высовываются наружу.

Так как щупалец у такого коралла восемь, его еще называют восьмилучевым кораллом. Колонии восьмилучевого коралла напоминают лес крохотных ручек. Если проявить терпение, можно увидеть, как полипы медленно открываются, как будто разгибая и сгибая пальчики.

Иногда сворачивается какое-то одно щупальце, а остальные остаются выпрямленными, иногда кулачок сжимается полностью. Можно наткнуться на место, где все ручки сжаты, в то время как на соседних полях большинство ладошек раскрыты. Похоже, что щупальца коралла вытягиваются, будто пытаясь ухватить что-то, но долгое время было неясно, что же они ловят, если ловят вообще. Канадский биолог Джон Льюис, изучив тридцать видов восьмилучевых кораллов, обнаружил, что некоторые из них действительно ухватывают своими ручками пищу, причем не только планктон, но и крошечных беспозвоночных животных⁴⁹. Когда я пишу, что коралл вытягивает щупальце и что-то там хватает, есть соблазн представить себе быстрое движение, какое мог бы совершить человек, но у коралла весь процесс происходит в замедленном темпе: быстрее, чем могло бы шевелиться растение, но гораздо медленнее, если сравнивать со знакомыми нам активными действиями животных. В этих движениях – попытках дотянуться и схватить – кроются важные намеки и подсказки, звучит далекое эхо самых первых и самых простых видов движений, свойственных животным.

Что заставляет меня так думать? Во-первых, книдарии – очень древние существа, а присущее им строение тела, скорее всего, можно отыскать и в далеком прошлом нашего собственного вида. Конечно, нельзя утверждать, что какое-то современное стрекающее – актиния, коралл или медуза – выглядит как наш общий предок, но их радиальное устройство, скорее всего, действительно напоминает строение тел животных, живших на заре времен.

Во-вторых, они способны к действию. Конечно, действие как таковое изобрели не книдарии. Многие одноклеточные организмы умеют плавать, используя в качестве пропеллера жгутики или реснички толщиной с волосок. Некоторые умеют обволакивать собой жертву и менять форму тела. Зачатки движения обнаруживаются у всех кандидатов на роль первых животных. В предыдущей главе мы читали, как губка прокачивает воду сквозь свое тело. Это умение, уже довольно близкое к действию, может быть очень древним.

Эволюция полна серых зон и неполных примеров – чаще всего трудно сказать наверняка, что было первым в некоторой цепи событий. Эволюция частенько изобретает нечто давно известное заново, но уже на новом уровне или в новом масштабе. В жизни одноклеточных движение уже присутствует: они плавают, ловят и поглощают. Появление таких действий могло быть важным шагом в эволюции многоклеточной жизни⁵⁰. Мир до появления животных был миром одноклеточных хищников и жертв, а одна из возможностей избежать поглощения – увеличиться до размеров, которые поглощение затрудняют. Позже, когда клетки объединились в многоклеточное животное, эволюции пришлось изобретать действие заново – уже на новом уровне. Многоклеточному организму потребовались новые виды координации. Губки, стоявшие на пороге этого открытия, представляют собой как раз такой неполный пример. У книдарий действие опять появляется во всей его полноте, с движением и перегруппировкой частей тела животного.

Стрекающие умеют не только вытягиваться и хватать. Еще одна важная их способность – это древнее действие иного типа: активация стрекательных клеток нематоцитов. Стрекательные клетки есть у всех или почти у всех книдарий. У актиний, например, они так слабы, что человек может даже не почувствовать укола. Другие, например кубомедуза, способны убить на месте. Жала у стрекающих бывают разные, но все они достаточно похожи, чтобы допустить их происхождение от одного новшества, давным-давно появившегося в линии книдарий, а затем распространившегося по ветвям эволюционного древа.

Что же происходит в этих порой действительно опасных случаях, когда книдарии жалят? В спокойном состоянии жало стрекающего свернуто внутри клетки. Клетки с жалами окружены чувствительными клетками и вместе с другими «наводчиками огня» составляют единую батарею (это, кажется, артиллерийская метафора, но весьма подходящая). Выпущенное жало достигает невероятного ускорения и моментально преодолевает крошечную дистанцию. Но само это поведение – непосредственное движение – осуществляет одна-единственная клетка. Конечно, она окружена помощниками, чувствительными (и некоторыми другими) клетками, но никаких координированных усилий для производства действия от них не требуется. Сравните это с хватательным движением мягкого коралла. Здесь мы наблюдаем работу уже не одной-единственной клетки, но совокупность сокращений множества отдельных клеток – движений, которые должны осуществляться совместно и согласованно. Я хочу подчеркнуть здесь важность этого «изобретения» эволюции – действия, которое с точки зрения отдельной клетки требует масштабной координации⁵¹. В хватательном движении мягкого коралла прослеживается эволюция именно этого новшества.

Даже если поведение коралла хранит память о первых действиях, которым научились животные, почему я выбрал именно его? Почему не какое-нибудь другое координированное действие, плавание медузы например? Стадия медузы часто считается более поздним дополнением к образу жизни стрекающих: полипы появились раньше⁵². Но есть аргумент и поважнее: посмотрите, как плавает медуза и как ловит пищу мягкий коралл, и вы увидите, что, по сути, это одно и то же действие. И плавательные движения колокола медузы, и хватательные движения чашечки полипа – это сокращения тела радиальной формы. Кажется, что полип не похож на медузу, но по большому счету медуза – это полип вверх дном. Сокращения купола медузы помогают ей плавать; полип же – животное неподвижное, и у него то же самое движение превращается в хватательное.

Когда мы пытаемся отыскать «первое действие», возникает и другой вопрос: почему мы вообще фокусируемся именно на движении, а не на другом базовом умении живых организмов, а именно на химических реакциях? И меняя положение тела в пространстве, и осуществляя химические превращения, живое существо добивается эффектов, необходимых для достижения стоящих перед ним целей. Это верно; однако появление управляемого движения на уровне тела – все-таки серьезная веха. И хотя стрекающие создали действие не на пустом месте, именно у этих животных впервые возникает действие нового вида и иного масштаба. Тела, позволившие осуществлять такие действия, были для нашего мира в новинку и сами по себе стали фактором, подтолкнувшим развитие событий.

Тропою животных

Побег на древе жизни, ставший со временем ветвью животных, довольно быстро обзавелся целым рядом эволюционных новшеств. Вероятно, важнейшим из всех была нервная система.

Из тех, с кем мы уже знакомы, нервная система есть у стрекающих и у гребневиков, а вот губки и пластинчатые ее лишены. Нервная система появилась на ранних стадиях эволюции – возможно, однажды, а может быть, пару раз⁵³. Работа нервной системы основывается на двух свойствах живых организмов, существовавших задолго до появления животных. Это, во-первых, электрическая «раздражимость» клеток – способность быстро изменять свои электрические характеристики, известная нам из второй главы, а во-вторых, умение клеток обмениваться химическими сигналами. Нервная система срастила две этих древних способности. Когда клетка возбуждается – внезапно меняет свои электрические свойства, это событие обычно ограничивается только ее внутриклеточным пространством, не выходя вовне⁵⁴. Выходу мешают границы, выделяющие клетку в отдельную единицу. Однако такой спазм способен спровоцировать выделение химических веществ на мембране клетки, на которые может среагировать соседняя клетка. Это, в свою очередь, может повысить (или понизить) вероятность того, что она тоже претерпит какие-то электрические изменения. Обмен химическими сигналами вкупе с раздражимостью – основной механизм работы нервной системы.

Нервные системы состоят из клеток, которые специализируются на подобного рода взаимодействиях. Они похожи на раскидистое дерево, тонкие веточки которого обеспечивают одной клетке возможность вступить в химический контакт с конкретной группой других клеток. Считается, что нервная система есть только у животных (причем не у всех), однако клетки, способные возбуждаться и передавать химические сигналы, имеются и у других организмов. Что делает нервную систему животных особенной, так это те самые ветвящиеся клетки – нейроны⁵⁵. Ими обладают исключительно животные. Наличие таких клеток полностью меняет способ передачи импульса в теле живого существа. Нейроны передают сигнал быстро и целенаправленно, в отличие от более размытых схем взаимодействия, в которых клетки рассеивают химические сигналы наудачу. Нервная система по-новому объединяет тело в единое целое. Ларс Читтка – биолог, изучающий пчел, – наглядно описывает ее возможности. Объем мозга пчелы не превышает кубического миллиметра. Он крошечный. Но, как добавляет Ларс, один-единственный нейрон пчелы ветвистее огромного дуба – и каждый способен контактировать с десятью тысячами других.

Нервная система – это вторичная разработка мощностей, присущих практически всему живому, но животные развили их и укрепили. Чтобы осознать, сколько всего делает для нас нервная система, полезно вспомнить о «нейротоксинах» – быстродействующих ядах, которыми пользуются и животные типа змей, и преступники. Зловещее оружие типа зарина, VX и «Новичка» – это нейротоксины, нервно-паралитические яды. В детстве, услышав о нейротоксинах, я подумал: и что же? Человек ничего не чувствует? Он цепенеет? Не может думать? Но нейротоксины блокируют не только эти функции. Смерть обычно наступает в результате асфиксии или остановки сердца. Наша уязвимость перед такими химическими веществами – которые объективно не так уж вредоносны, ведь они не разрушают ткани, а только препятствуют передаче сигнала между клетками – выразительно демонстрирует, как нервная система связывает тело животного в единое целое. Если нацелиться на службу передачи сообщений и, следовательно, помешать координации, это тело можно убить.

Еще одно приспособление, тесно связанное с нервной системой с точки зрения эволюции, – мускулатура⁵⁶. Поведение стрекающих, которое разительно отличается от едва заметных движений морских губок, управляется мускулами. В предыдущей главе мы говорили об «изобретении» цитоскелета – подвижного каркаса из микротрубочек, который есть у некоторых одноклеточных организмов. Координация этих опорных конструкций, расположенных внутри множества связанных друг с другом клеток, лежит в основе эволюции мышечной системы животных. Мускулы отвечают за согласованное сокращение и расслабление обширных слоев клеток.

Какие-то действия животные могут осуществлять и без помощи мускулов. Тело гребневика расчерчено полосками, покрытыми тонкими ресничками, которые есть и у многих одноклеточных организмов. Реснички ориентированы вертикально, напоминая гребешок (в честь него животное и получило свое имя). Гребневик, как и многие одноклеточные, плавает, шевеля ресничками. (У гребневика есть и мускулы, которые он использует для руления, а также для захвата пищи.) Другие животные тоже осуществляют мелкие движения при помощи ресничек. Но крупные действия – захватывание пищи восьмилучевым кораллом, плавание медузы и другие, появляющиеся на более поздних этапах эволюции, – осуществляются при помощи мускулов.

Обсуждая приспособления, которые позволили животным со временем занять свою уникальную нишу, я делал упор на новых возможностях действия. Еще одно свойство животных, о котором я нечасто упоминал в этой главе, – способность ощущать (sensing). Ощущение дано не только животным – это общая характеристика всех известных форм клеточной жизни, но у нас есть серьезные основания полагать, что ключевым, поворотным событием первых этапов эволюции животных стало именно появление действия на многоклеточном уровне. То был поистине трансформирующий фактор.

У современных книдарий есть разные органы чувств – так же, как и у их вероятных предков на всех стадиях эволюции. Но способность стрекающих ощущать уступает их же способности действовать⁵⁷. У кораллов и актиний нет глаз, а у других стрекающих они присутствуют разве что в зачаточном состоянии. (Из этого правила есть одно крупное исключение – кубомедуза, которая считается более поздним продуктом эволюции.) Полип ловит пищу, колония кораллов расширяется и сжимается, стрекающие клетки выстреливают жала – все эти действия представляют собой реакцию на стимулы определенного типа; кроме того, книдарии, похоже, обрели чувство равновесия или научились ощущать гравитацию. Медуза ориентируется в воде посредством особых органов, внутри которых есть маленькие кристаллы – статоцисты⁵⁸. Эти кристаллы тяжелее воды; они смещаются, реагируя на меняющееся положение тела медузы, и их перемещение можно отследить. Может, у книдарий есть и другие слабые формы ощущения, но способность стрекающих ощущать нельзя назвать их сильной стороной, прорывом или отличительной чертой. Действительным достижением книдарий стал новый вид действия – крупное движение, осуществляемое посредством мускулов.

Не теряя из виду основной темы этой главы, которая, напомню, посвящена изменению образа жизни животных, давайте на минуту задумаемся о психофизиологической проблеме (mind-body problem), которая упорно маячит на заднем плане. Общепринятые подходы к ней обеспечивают нас рядом концепций, помогающих определить, что же делает разум. Одна из таких концепций – субъективность, которая тесно связана с идеей агентности. Субъективность касается «присвоения» опыта, ощущения самости. Она описывает опыт как нечто, что с человеком случается. Агентность же связана с активным действием и инициативой. Агентность – то, что происходит благодаря мне самому, это источник действия. Агентность фиксирует внимание на результатах действий человека. Интересно, что слово «субъект» (хотя и не субъективность) имеет и другой набор коннотаций, где субъект обозначает инициатора, автора действия – субъект здесь противопоставлен объекту. И это не единственный пример того, как переплетены эти понятия.

В общепринятом понимании субъективность и агентность указывают на разные аспекты бытия животного или человека – на то, что он ощущает, и на то, что он делает. Однако с эволюционной точки зрения субъективность и агентность тесно связаны. Задача ощущения – контролировать действие⁵⁹. С биологической точки зрения нет никакого смысла воспринимать информацию, которую нельзя использовать. В эволюции разума агентность и субъективность развивались параллельно, хотя и не обязательно в жесткой сцепке друг с другом. На каких-то стадиях, вероятно, эволюция действий могла вырваться вперед. Новый вид агентности мог возникнуть и на фоне ограниченных сенсорных возможностей.

На мои взгляды, изложенные здесь, повлияли размышления голландского психолога и философа Фреда Кейзера, который уделяет особое внимание порождению действия как центральной задаче начального этапа эволюции нервной системы⁶⁰. Все, что обсуждается в этой главе, – возникновение действия на многоклеточном уровне, роль и значение этого достижения и его связь со строением тела животных – написано под влиянием этого автора. Кейзер выдвинул интересное предположение о связи ощущения и действия у самых первых животных. Он думает, что какие-то новые виды ощущений могли достаться животным случайно, практически «в нагрузку», в качестве побочного эффекта эволюции сложного действия. Представьте, что вам нужно сконструировать систему, которая могла бы выполнять некое координированное, слаженное движение. Для этого потребуется, чтобы одни части системы были чувствительны к тому, чем заняты другие ее части. Но что случится, если такая система испытает на себе внешнее воздействие, скажем ее что-то коснется? Это событие будет автоматически зарегистрировано, поскольку вмешается в привычный сценарий взаимодействия отдельных частей системы. Чувствительность, обращенная внутрь системы, будет – или с легкостью может начать – фиксировать, что снаружи тоже что-то происходит. Даже если бы нервная система направляла свое внимание исключительно внутрь (Кейзер никогда не предполагал ничего подобного, но допустим), она неизбежно реагировала бы и на происходящее вне ее. Можно даже сказать, что такая система не могла бы этого не делать. Новые, крупные действия провоцируют расширение границ чувствительности.

Кажущаяся асимметрия сложного действия и простого ощущения на первых этапах эволюции животных может быть чистой иллюзией. Сложное ощущение может не лежать на поверхности. Но, если рассуждать о первых формах опыта или о том, чем располагали животные до опыта, было бы интересно представить себе существо, чьи моторные навыки развиты лучше сенсорных, и подумать, действительно ли, как утверждал Кейзер, ощущение автоматически подтянется до нужного уровня.

Давайте теперь вернемся к основной теме главы и посмотрим, как она выглядит в свете всех этих абстрактных рассуждений. Все живые существа что-то делают. Они приспосабливают свое поведение к среде и сами, в свою очередь, воздействуют на окружающий мир. Но у животных это происходит по-новому. На эволюционной линии животных появились многоклеточные существа, а с ними и многоклеточное действие – действие, осуществляемое слоями клеток, которые сокращаются, перекручиваются и хватают. Все это стало возможным благодаря нервам и мускулам; губка ничего подобного не умеет. Действие такого типа стало поворотным пунктом эволюции: оно изменило все.

Оно изменило все, но не сразу. Когда эта трансформация началась и что за животное стояло у ее истоков? Как оно выглядело – как стрекающее или как существо, жившее еще раньше? Как мы увидим далее, движок, запустивший эволюцию действия у животных и создавший Землю, какой мы ее знаем, завелся не с первого раза.