Путеводитель зоолога по Галактике. Что земные животные могут рассказать об инопланетянах – и о нас самих

Переводчик Мария Елифёрова

Научный редактор Сергей Ястребов

Редактор Валентина Бологова, канд. биол. наук

Издатель П. Подкосов

Руководитель проекта И. Серёгина

Ассистент редакции М. Короченская

Корректоры Е. Воеводина, Е. Чудинова

Компьютерная верстка А. Фоминов

Арт-директор Ю. Буга

Дизайн обложки Luke Bird

Иллюстрации на обложке Shutterstock

© Arik Kershenbaum, 2020

Выдержки из одиннадцатой главы взяты из:

С. 345–346: The Blind Watchmaker by Richard Dawkins © Richard Dawkins, 1988.

С. 348: Out of the Silent Planet by C. S. Lewis © C. S. Lewis Pte Ltd, 1938.

© Издание на русском языке, перевод, оформление. ООО «Альпина нон-фикшн», 2022

Все права защищены. Данная электронная книга предназначена исключительно для частного использования в личных (некоммерческих) целях. Электронная книга, ее части, фрагменты и элементы, включая текст, изображения и иное, не подлежат копированию и любому другому использованию без разрешения правообладателя. В частности, запрещено такое использование, в результате которого электронная книга, ее часть, фрагмент или элемент станут доступными ограниченному или неопределенному кругу лиц, в том числе посредством сети интернет, независимо от того, будет предоставляться доступ за плату или безвозмездно.

Копирование, воспроизведение и иное использование электронной книги, ее частей, фрагментов и элементов, выходящее за пределы частного использования в личных (некоммерческих) целях, без согласия правообладателя является незаконным и влечет уголовную, административную и гражданскую ответственность.

Моему псу Дарвину, который открыл мне, как много общего у представителей разных видов.

И моему отцу, научившему меня искать во всем различия и сходства

Эта книга издана в рамках программы «Книжные проекты Дмитрия Зимина» и продолжает серию «Библиотека «Династия». Дмитрий Борисович Зимин – основатель компании «Вымпелком» (Beeline), фонда некоммерческих программ «Династия» и фонда «Московское время».

Программа «Книжные проекты Дмитрия Зимина» объединяет три проекта, хорошо знакомые читательской аудитории: издание научно-популярных переводных книг «Библиотека «Династия», издательское направление фонда «Московское время» и премию в области русскоязычной научно-популярной литературы «Просветитель».

Подробную информацию о «Книжных проектах Дмитрия Зимина» вы найдете на сайте

ziminbookprojects.ru.

1

Введение

Существование внеземной жизни во Вселенной представляется практически неизбежным. Вероятность того, что мы о ней что-то узнаем, представляется практически нулевой. Однако моя задача – продемонстрировать вам, что на самом деле у нас немало оснований судить о внешнем виде инопланетян, их образе жизни и поведении.

Мы все больше укрепляемся в уверенности, что внеземная жизнь существует, а также – и это по-настоящему будоражит воображение – что когда-нибудь нам удастся ее найти. В 2015 г. ведущий специалист NASA Эллен Штофан предсказывала, что жизнь на других планетах будет обнаружена в ближайшие 20–30 лет. Конечно, она имела в виду микроорганизмы или их внеземные аналоги, а не обязательно разумные существа. Но сама идея все же потрясает. Мы прошли путь от одержимости мыслью, что инопланетяне существуют, появившейся на заре двадцатого столетия, до самодовольного пессимизма 1970–1980-х гг. и вновь вернулись к сдержанному научному оптимизму. Эта книга расскажет о том, как можно использовать трезвый научный подход, чтобы с определенной долей уверенности сделать выводы о внеземной жизни – и в особенности о разумной внеземной жизни.

Если только инопланетяне не высадятся в Нью-Йорке, как мы можем узнать, что они собой представляют на самом деле? Стоит ли нам полагаться на воображение голливудских режиссеров и писателей-фантастов? Возможно, инопланетные существа окажутся не более причудливыми, чем кенгуру с его огромными ногами, приспособленными для прыжков, или переливающийся всеми цветами радуги кальмар, который плывет в море за счет реактивной тяги, выбрасывая струю воды. Доверившись универсальным законам биологии, которым подчиняемся все мы – земные создания, как и жители других миров, мы можем предположить, что те же причины, которые привели к возникновению адаптаций у животных на Земле, могут вызывать адаптации у живых существ и на других планетах. Прыжки или использование реактивной струи будут столь же подходящими способами передвижения на экзопланетах, как и на Земле.

Насколько распространена жизнь во Вселенной? До 1990-х гг. существование планет у других звезд (экзопланет) было лишь предметом домыслов и некоторых математических расчетов. Мы не имели внятных представлений о том, сколько планет может быть в Галактике и каковы их свойства: температура, сила тяжести, атмосфера, химический состав. Когда технический прогресс достиг уровня, на котором появилась возможность непосредственно обнаружить планеты у других звезд, снова поднялась волна энтузиазма. Может, и в самом деле найдутся экзопланеты, где существует жизнь?

Первые полученные данные разочаровывали. Немногочисленные открытые планеты оказались горячими газовыми гигантами – не очень благоприятными для известных нам форм жизни, как, впрочем, и для неизвестных. Но не прошло и 20 лет после открытия первой экзопланеты, как наступил существенный прорыв. Для поиска потенциальных планет был запущен орбитальный телескоп «Кеплер», нацеленный на определенный крохотный участок звездного неба. Уже в первые шесть недель работы «Кеплера» были открыты пять новых экзопланет. К моменту завершения его миссии в 2018 г. количество обнаруженных планет достигло невообразимой величины – 2662, и все они вращались вокруг звезд в небольшом уголке видимой небесной сферы, который, вытянув руку, можно заслонить кулаком.

Открывающиеся перспективы поражают воображение. В Галактике оказалось намного больше планет, чем считалось прежде, и благодаря усовершенствованным методам измерений мы теперь гораздо больше знаем об их природе. Мы обнаружили планеты с различными физическими условиями – от горячих газовых экзопланет величиной с Юпитер до тех, что удивительно похожи на Землю[1]. Вселенная теперь выглядит куда более густонаселенной, чем она представлялась в 2009 г., и наши внуки вряд ли поверят, что когда-то мы считали землеподобные планеты редкостью. У нас больше нет поводов утверждать, будто во Вселенной не хватает мест, подходящих для внеземной жизни.

Теперь мы гораздо лучше представляем себе, какие условия физической среды могут существовать на других планетах, и все чаще можем измерить их непосредственно. Разрабатываются новые инструменты и приборы, способные определить химический состав атмосферы планеты по изменениям спектра, проходящего сквозь эту атмосферу света звезды, вокруг которой планета вращается. Разумеется, мы будем искать кислород, но, кроме того, сложные химические вещества, которые могут указывать на присутствие индустриальной цивилизации. По иронии судьбы загрязнение окружающей среды – один из признаков разумной жизни в космосе.

Так или иначе, жизнь возникла во Вселенной как минимум один раз, и мы – явное тому доказательство. Но как это произошло, неизвестно. Конечно, имеется много гипотез о механизмах возникновения жизни на Земле. Скорее всего, основные химические соединения, необходимые для жизни, образовались случайно, а затем, по чистому везению, соединились в особый тип молекулы, способной создавать копии самой себя. В целом подобное стечение обстоятельств маловероятно. Означает ли это, что жизнь на других планетах возникла тем же путем? Вовсе нет. На самом деле неизвестно, насколько процессы, которые, как предполагается, происходили на Земле, осуществимы или неосуществимы на других планетах. Биохимическая основа инопланетной жизни может быть углеродной и похожей на нашу, или углеродной, но непохожей на нашу, или какой-то совсем иной.

Законы химии изучены достаточно хорошо, так что многие из этих гипотез можно проверить лабораторным путем, установив, какие химические соединения стабильны, а какие – нет. Мы полагаем, что химические соединения, из которых состоит наш собственный организм, прекрасно подходят в качестве ингредиентов «живого». Но стоит выйти за пределы простейших представлений о том, какой может быть инопланетная биохимия, как начинает сгущаться туман неведения. У нас нет образцов инопланетных животных и растений для исследований – нет даже ответа на вопрос, применимы ли понятия «растение» и «животное» к обитателям других планет. Хотя в NASA перспективы поиска признаков внеземной жизни оценивают с оптимизмом, межзвездные расстояния настолько огромны, что потребуется колоссальный технологический скачок, чтобы побывать на планетах за пределами Солнечной системы. Можно моделировать инопланетные биохимические процессы в лаборатории, но посмотреть в бинокль на инопланетных птичек – задача посложнее.

Одно из препятствий к пониманию природы инопланетян состоит в том, что в качестве отправной точки для сравнения у нас есть всего один тип жизни – земной. Насколько пригоден этот единственный пример жизни для того, чтобы судить о других планетах? Некоторые утверждают, что рассуждения о природе внеземной жизни – бесплодные домыслы; что наше воображение слишком тесно привязано к нашему собственному опыту, чтобы мы могли представить себе поразительно разнообразные и неведомые нам возможности, способные реализоваться в иных мирах. Писатель-фантаст, автор сценария фильма «2001: Космическая одиссея» и одноименного романа[2] Артур Кларк в книге «Черты будущего»[3] писал: «Нигде в космосе мы не увидим знакомых очертаний деревьев и трав, ничего подобного животным, населяющим наш мир». Бытует расхожее представление, что инопланетная жизнь слишком чужда, чтобы ее можно было вообразить. Я с этим не согласен. Наука дает нам возможность выйти за пределы подобных пессимистических воззрений, и мы все же способны найти некоторые подсказки, позволяющие представить, как может выглядеть внеземная жизнь. Эта книга о том, как применить наши знания об устройстве жизни и, что еще важнее, о ее эволюции, чтобы понять, какой может быть жизнь на других планетах.

Как получилось, что сугубо земной зоолог вроде меня – больше привыкший выслеживать волков в снегах Скалистых Гор или наблюдать за пушистыми даманами на холмах Галилеи – заинтересовался поисками внеземной жизни? Одна из тем моих исследований – коммуникация у животных, в частности вопрос о том, почему они издают те или иные звуки. В 2014 г. я выступил в Рэдклиффском институте перспективных исследований в Гарварде с докладом под названием «Если бы птицы умели говорить, мы бы заметили это?» (If birds could talk, would we notice?). Нам может казаться само собой разумеющимся, что у людей есть речь, а у других животных нет – но откуда нам это знать наверняка? Я искал математические признаки «языка» в коммуникации животных – четкие критерии, по которым можно сказать: «Да, это язык», или: «Нет, это не язык». При поддержке некоторых доброжелательных, но слегка эксцентричных коллег я решился сделать следующий очевидный шаг и поставить тот же вопрос в отношении сигналов из космоса. Язык это или нет? Если язык, то какие существа могут на нем общаться? Отсюда становится ясно, что наши знания о прочих аспектах жизни на Земле, таких как добывание пищи, размножение, конкуренция и сотрудничество, также могут быть экстраполированы и на другие планеты.

Но зачем изучать внеземные формы жизни с точки зрения зоологии, коль скоро мы ни разу не видели инопланетян и даже не знаем наверняка, существуют ли они? Когда студенты приходят в университет сразу после школы и экзаменов, где их терзали, проверяя способность запоминать огромное количество фактов, наша первоочередная задача как преподавателей – объяснить им, что факты знать хорошо, но надо учиться мыслить концептуально, пытаться осознать не только что происходит в природе, но и почему. Понимание процессов лежит в основе земной зоологии, но оно также может помочь нам разобраться в зоологии других планет. Пока я пишу эти строки, наши второкурсники здесь, в Кембридже, готовятся к полевой экспедиции на Борнео. Некоторые из них впервые в жизни выезжают за пределы Великобритании. Требуется ли от них вызубрить наизусть определитель сотен видов птиц и тысяч видов насекомых Борнео? Конечно, нет. Как и будущие первопроходцы инопланетных миров, они должны вооружиться в первую очередь пониманием принципов эволюции, породившей все разнообразие форм жизни, с которыми они встретятся. Только при наличии четких представлений об этих принципах мы сможем изучать животных, которых обнаружим на дальних планетах.

Многие убеждены, что законы физики и химии универсальны и неоспоримы. На Земле они работают так же, как работали бы на любой экзопланете. Предсказания, которые мы делаем на Земле в отношении поведения физических тел и химических веществ в различных условиях, должны быть верны и в отношении возможного поведения тех же тел и веществ в аналогичных условиях в других частях Вселенной. Мы уверены, что в науке все именно так и происходит. Однако биология, по мнению некоторых, является исключением. Нам трудно поверить, что законы биологии, выведенные нами для Земли, применимы и к чужой планете. Карл Саган, один из известнейших астрономов XX в., страстно верил в существование разумной жизни во Вселенной, но тем не менее писал: «По нашему опыту, биологии свойственны в буквальном смысле слова приземленность и провинциальность, а знакомая нам жизнь – возможно, лишь один частный случай во вселенной разнообразных биологий»[4].

Когда имеешь дело с неизвестным, безусловно, есть веские основания для осторожности. Но есть основания и для оптимизма; надо лишь постараться отобрать те законы биологии, которые являются действительно универсальными, как универсальны физические законы. Почему биология должна быть «приземленной и провинциальной», а не вселенской? Разве законы природы – физические, химические и биологические – не общие для всей Вселенной? Вряд ли Земля настолько исключительна, что здесь действуют закономерности, не действующие больше ни на одной другой планете. Римский философ Лукреций (ум. в 55 г. н. э.) писал:

Если вещей семена неизменно способна природа

Итак, мы можем утверждать, что у экзопланет тоже есть «природа», пусть мы их никогда и не видели.

Вопреки популярному заблуждению, мы, зоологи, занимаемся не только поиском, определением и классификацией животных. Как и представители всех других научных дисциплин, мы стремимся объяснить то, что наблюдаем в окружающем мире. Задача зоологии и эволюционной биологии в целом – предлагать гипотезы, объясняющие природу жизни. Почему львы живут прайдами, а тигры охотятся поодиночке? Почему у птиц только два крыла? Почему, если уж на то пошло, у подавляющего большинства животных есть правая и левая стороны? Одних наблюдений недостаточно. Нам требуется вывести целый ряд законов для жизни так же, как физики выводят законы для звезд и планет. Если биологические законы универсальны, они будут действовать на другой планете так же, как закон всемирного тяготения.

Однако биология, несомненно, представляется изменчивой и непредсказуемой областью. Физик обладает точным пониманием того, как мяч скатывается с горы, и способен выдать вам набор уравнений, предсказывающих движение мяча с горы в любой точке Вселенной. Физические эксперименты проводятся в упрощенных, надежно контролируемых условиях, которых просто не бывает в мире биологии. Есть известный анекдот о том, как физик пытался вывести уравнения, предсказывающие поведение коня, и в конце концов объявил, что это возможно, но только для сферического коня в вакууме. Настоящие кони вне компетенции «физики», и физик сказал бы, что они непредсказуемы. Но почему движение мяча предсказуемо, а поведение коня нет?

Живые системы как будто бы не подчиняются строгим правилам, поскольку они чрезвычайно сложны. С математической точки зрения сложная система – это такая система, которая состоит из множества взаимозависимых подсистем. Оказывается, достаточно небольшой взаимозависимости сравнительно простых подсистем, чтобы поведение системы в целом обрело заметную сложность и непредсказуемость – хаотичность, выражаясь профессиональным языком. Попробуйте-ка предсказать, как поведут себя все взаимодействующие органы вашего тела. Или еще лучше, представьте себе каждую клетку в каждом органе или каждый белок в каждой клетке каждого органа – и так далее… Мельчайшие изменения одного элемента могут повлечь за собой непредсказуемый каскадный эффект. Даже простейшие формы жизни, безусловно, сложны. А сложные системы труднопредсказуемы.

Одно из самых досадных свойств непредсказуемой сложной или хаотической системы – то, что, сколько ее ни изучай, постичь все до единого ее секреты невозможно. Мы привыкли к мысли, что, если изучить что-то достаточно основательно, мы достигнем полного понимания предмета. На этой идее, как может показаться, и основана наука. Но теория хаоса гласит, что в некоторых случаях, даже если изучить систему в сто раз тщательнее, точность предсказания повышается всего в десять раз. Можно вкладывать все больше и больше ресурсов в исследование сложной системы, но получать лишь незначительные результаты. Игра явно не стоит свеч. К счастью, у сложных систем есть и другие свойства, называемые эмерджентными: при невозможности сделать точное предсказание, как именно они себя поведут, все же можно представить себе это в общих чертах. Например, конь будет щипать траву, пусть мы и не знаем точно, какую именно траву. На практике знание, что «конь будет щипать траву», для меня как биолога полезнее, чем знание, что «конь съест именно эту травинку». Вместо того чтобы предсказывать, как будет устроена инопланетная жизнь с биохимической точки зрения или из каких элементов будут состоять глаза инопланетян, мы можем сделать более общие предсказания – например, что биохимические процессы должны обеспечивать их энергией, или поставить вопрос, есть ли у них глаза в принципе.

Каковы же универсальные законы биологии, на основании которых можно делать надежные предсказания о жизни на других планетах? Первый и важнейший из них: эволюция сложных форм жизни происходит путем естественного отбора. Трудно переоценить значение этого процесса, который служит краеугольным камнем биологического знания со времен основополагающей работы Чарльза Дарвина. Естественный отбор – не только единственный известный механизм, способный создать сложное из простого (если отбросить гипотезу, согласно которой некая божественная сила направляет развитие жизни по пути усложнения), это также закономерный механизм, действующий не только на планете Земля и не только для «известной нам жизни». Если мы встретим во Вселенной нечто сложное – того уровня сложности, который позволяет назвать это «жизнью», – то своим существованием оно будет обязано естественному отбору.

Об универсальном характере естественного отбора уже написаны другие замечательные книги[6], но мои соображения заходят столь далеко, что в следующем разделе мне придется подробнее объяснить, как следует понимать мое утверждение, что «инопланетные формы жизни возникли благодаря естественному отбору». Как отметил философ Дэниел Деннет, естественный отбор и разумный замысел практически одно и то же: накопление полезных признаков и отбрасывание вредных[7]. Проектируя самолеты или канцелярские скрепки, мы сохраняем полезные идеи предыдущих моделей. Отбор и проектирование, однако, различаются тем, что в случае проектирования присутствует долгосрочная цель, тогда как отбор видит лишь на шаг вперед. Жираф не «знает», что длинная шея будет полезной, но тем не менее в ходе эволюции приобретает ее.

В действительности именно эта недальновидность естественного отбора значительно облегчает нам предсказания, касающиеся инопланетной жизни. Нам не требуется строить глобальные прогнозы о том, какими «должны» быть инопланетные виды, достаточно лишь учесть условия на данной планете в данное время, чтобы знать, какие признаки возникнут с большой вероятностью. Допустим, если нам известна планета, где есть высокие деревья (или их аналог), можно предположить, что у некоторых животных будут длинные шеи, длинные ноги или что-то подобное.

У эволюции путем естественного отбора имеется еще одно полезное свойство: для нее практически неважно, каким способом осуществляются размножение и сам отбор. Как известно, Ричард Докинз изобрел термин «мем», обозначающий социальное представление или идею (например, религию), которая воспроизводится через общественную коммуникацию и конкурирует с другими идеями, по сути, эволюционным способом[8]. Естественный отбор можно описать в строгих математических категориях, без привязки к какой-либо конкретной биологической системе или типу размножения. Вот почему эта концепция необычайно продуктивна, и ее простота и универсальность означают, что любой вероятный путь развития сложной жизни во Вселенной так или иначе вписывается в рамки естественного отбора. Естественный отбор не зависит ни от ДНК, ни от каких-либо специфически земных биохимических процессов. Поэтому нам не нужны точные знания о биохимии пришельцев – как бы она ни была устроена, она является продуктом естественного отбора.

До недавнего времени астробиология, то есть наука о внеземной жизни, традиционно сосредотачивала внимание на нескольких очевидных областях. В основном астробиологов занимает проблема происхождения жизни: как зародилась жизнь на Земле и какие из этого следуют выводы о возможности возникновения жизни на других планетах. Появилась ли жизнь на нашей планете один раз или это происходило неоднократно? Произошло ли это чудесное событие в теплой мелководной лагуне, как предполагал Дарвин, или у жерл подводных вулканов, где горячая вода и изобилие минералов создают идеальную среду для странных и необычных бактериальных сообществ?

Другой существенный вопрос – какие могли бы существовать типы альтернативной биохимии? Возможно, жизнь на других планетах не использует ДНК для передачи наследственной информации, а возможно, инопланетная биохимия совсем непохожа на нашу – например, вместо воды в ней задействован какой-то иной растворитель. Этот вопрос особенно важен, так как многие планеты (включая некоторые и в нашей Солнечной системе) слишком горячие или слишком холодные, чтобы на них могла существовать жидкая вода. Однако в данной книге эти важные темы обсуждаться не будут. Мы собираемся рассмотреть вопросы, которыми редко задаются астробиологи, а именно: какой облик могли бы иметь сложные формы инопланетной жизни? Можно ли сделать какие-либо конкретные умозаключения об экологии и поведении инопланетных живых существ, опираясь на научный инструментарий и те подсказки, которыми мы располагаем на Земле?

Зоолог, смотрящий издалека на недавно открытый континент, будет переполнен идеями о том, какие существа населяют эти земли. И это, скорее всего, будут не праздные домыслы, а вполне обоснованные предположения, исходящие из знания огромного разнообразия уже известных нам животных, а также представлений о том, как адаптации каждого вида связаны с образом жизни: с тем, как животное питается, спит, находит партнеров для размножения, строит гнезда и т. д. Чем больше мы знаем об адаптациях животных, обитающих в «Старом Свете», тем правильнее могут быть наши догадки о тех, кто обитает в «Новом». Это и есть подход, который я собираюсь использовать при обсуждении инопланетной жизни: как бы она ни отличалась от земной, кое-какие сведения о ней можно получить из наблюдений за жизнью на Земле. Эволюционные процессы, характерные для нашей планеты, обусловлены силами и механизмами, которые с немалой вероятностью существуют и в других местах. Движение, коммуникация, сотрудничество – продукты эволюции, которые служат решением универсальных проблем.

Если у нас когда-либо состоится контакт с внеземной цивилизацией – разумными существами, а не просто микробами или медузами, – в некоторых вещах мы можем быть вполне уверены: они будут обладать теми или иными технологиями (в противном случае как бы мы с ними осуществили контакт?), а это подразумевает, что они способны к сотрудничеству и, следовательно, социальны. Но элементарное знание того, что такой-то вид социален, запускает каскад дополнительных эволюционных следствий. Подобно нам, инопланетяне могут быть жестокими и воинственными; но я готов поспорить, что социальность также невозможна без альтруизма. Если в центре Лондона приземлится корабль пришельцев, то, вне сомнений, члены его экипажа будут общаться между собой на каком-то языке, но какой может быть их речь – звуковой, визуальной или даже электрической, сказать заранее невозможно. Неважно, будет ли у пришельцев две ноги, много ног, или они вообще окажутся безногими, я полагаю, что главной общей чертой между нами и любой другой цивилизацией, которую мы встретим, будет речь.