Искусные адаптации. Крот-звездонос, электрический угорь и другие чудеса эволюции

Kenneth Catania

GREAT ADAPTATIONS

Copyright © 2020 by Princeton University Press

Published by arrangement with Princeton University Press and Synopsis Literary Agency

Russian Edition Copyright © Sindbad Publishers Ltd., 2023

Правовую поддержку издательства обеспечивает юридическая фирма «Корпус Права»

Если вы спросите меня, за что я так люблю свою работу, я сразу вспомню первую сцену фильма «Принцесса-невеста». В ней дедушка (Питер Фальк) навещает больного внука (Фред Сэвидж) и хочет почитать ему книгу. Мальчик скептически спрашивает, есть ли там что-нибудь о спорте. «Шутишь? – отвечает герой Питера Фалька. – Битвы, пытки, месть, погони, великаны, монстры, исчезновения, настоящая любовь, чудеса!» О биологии, которой посвящена эта книга, я могу сказать то же самое. Однако здесь есть и кое-что еще: удары током, зомбирование, хитроумные уловки и древние легенды! С настоящей любовью, правда, трудновато; но я бы сказал, что это упущение сполна компенсируется красотой животных,

которых я старательно фотографировал (снимки представляю на ваш суд). Возможно, мне не стоило бы обещать вам и чудеса – в конце концов, я все-таки ученый. И все же, если и существует одно слово, подходящее для описания моих эмоций от процесса открытия и от тех историй, которые я собираюсь рассказать, – это слово «непостижимо».

Я вовсе не преувеличиваю. Я тысячи часов провел за изучением мозга и поведения самых необычных животных и считаюсь специалистом в этой области. И всякий раз, исследуя новый вид и выдвигая предположения, что и как это животное умеет, я ошибаюсь. Ошибаюсь в лучшем смысле слова: животные всегда оказываются способны на нечто гораздо более неожиданное и интересное, чем я думал.

Эта книга – мой личный список неожиданных и интересных открытий, которые мне удалось совершить за свою карьеру. Эти открытия представлены в хронологическом порядке, начиная с моих первых шагов в Смитсоновском национальном зоопарке в Вашингтоне. Я работал там еще в студенчестве: ловил и изучал загадочных кротов-звездоносов – маленьких млекопитающих с мясистыми розовыми отростками вокруг носа. Как и в любой таинственной истории, на пути к отгадке было множество ложных шагов и тупиковых направлений, но все это лишь подогревало мое любопытство. Что представляет собой звезда и для чего она нужна? Как и почему такая экстравагантная структура развилась в процессе эволюции? После множества неудачных попыток ответить на эти вопросы я сдался. Но как детектив, которого не отпускает нераскрытое дело, я вернулся к звездоносу в магистратуре, где мы с моим научным руководителем и другими учеными в итоге разгадали эту тайну. Мы сделали множество потрясающих открытий, связанных с мозгом и поведением звездоноса, не говоря уже о том, что описали вероятные пути и причины эволюции звезды. А попутно я обнаружил, что у нас, людей, есть пара удивительных общих черт со звездоносами.

Благодаря звездоносам я полюбил разгадывать загадки биологии и изучать самые неожиданные адаптации. Эти животные вдохновили меня на исследование других необычных созданий: щупальценосных змей, болотных бурозубок, электрических угрей, а также зомбирующих паразитоидов – и даже людей с их магическими, на первый взгляд, ритуалами. И представьте себе – электрические угри, например, оказались одними из самых недооцененных существ на планете! С учетом того, какими мифами окружены эти рыбы, способные вырабатывать электричество напряжением в сотни вольт для защиты или нападения, казалось бы, что тут можно было недооценить? Веками считалось, что животному с таким смертоносным арсеналом не требуются изощренные уловки, но оказалось, что ток – это только половина уравнения. Вторая его половина – это, скажем так, «способ доставки». Хитроумные действия угря позволяют ему использовать электричество так, что по эффективности оно может сравниться с оружием из научной фантастики. (Поверьте, я испытал это на себе.) Этот пример показывает, что даже животные, которых мы изучаем столетиями, полны сюрпризов. А еще он преподает научный урок: причудливые анатомические структуры дают основания ожидать и причудливого поведения.

Разумеется, в этой книге есть много чего еще. Если вам интересно узнать о хищнике, устраивающем засаду так, будто он способен предсказывать будущее, или о самых эффективных способах спастись от превращения в зомби – читайте дальше. Каждый из описанных здесь видов – удивительное творение эволюции. Но изучение этих животных позволяет не только детально описать их адаптации, хоть они и прекрасны сами по себе. Как одна картина в музее может многое рассказать нам о художнике, так отдельные системы адаптаций позволяют понять общие принципы поведения животных, организации их мозга, а также развития и эволюции. Это важная и зачастую недооцениваемая научная идея.

Объясню эту мысль на примерах. Базовое представление о том, как нервные клетки мозга проводят сигналы, было получено при изучении кальмаров, у которых в процессе эволюции развились гигантские нервные волокна, позволяющие спасаться от хищников бегством с необычайно высокой скоростью. Результатом исследования стал серьезный прорыв в понимании принципов работы мозга всех животных (и Нобелевская премия его авторам [1] ). Механизм передачи сигналов между нервными клетками посредством электрических синапсов был выявлен при изучении обычных речных раков. Нейроны этих животных проводят сигналы очень быстро, но из пятой главы этой книги вы узнаете, что такой скорости не всегда хватает для спасения от хищника. В свою очередь, яды хищников, например змей и улиток, стали потенциальными источниками лечебных средств. Лекарства на основе некоторых ядов уже используются для купирования хронической боли, а составы многих других ядов сегодня исследуют для возможного применения при инсульте и онкологических заболеваниях. Даже упомянутый выше электрический угорь уже не раз двигал науку. На рубеже XVIII и XIX веков он вдохновил итальянского ученого Алессандро Вольту на изобретение батарейки, а спустя много лет именно электрический угорь помог выделить ключевую молекулу для практически всей мышечной активности в организме – ацетилхолиновый рецептор. Продолжать можно до бесконечности. Короче говоря, куда ни ткни, всюду найдется важное научное достижение, ставшее результатом изучения самых разных животных, которые приспособились к тем или иным условиям.

Дело в том, что все животные играют по одним и тем же правилам эволюции. И в результате нас окружает то, что Ричард Докинз назвал «самым грандиозным шоу на Земле». Одна из моих целей – показать вам несколько потрясающих номеров из этого шоу.

Но у меня есть и другая цель. Я надеюсь, что из этой книги читатель узнает что-то новое не только о ее прекрасных героях, но и о процессе научного открытия. Мой интерес к тайнам не уникален, он – часть человеческой натуры. Не столь важно, где появилась необычная звезда – на небе или на морде крота, – важно то, что все необычное и нестандартное всегда служит своего рода приманкой, заставляющей присмотреться. Со временем я понял, что важна не таинственность или уникальность сама по себе, а именно пристальный взгляд. Я говорю об этом потому, что чаще всего самое интересное в животном как раз не бросается в глаза в начале исследования. Более того, по моему опыту, даже самые простые на первый взгляд виды способны совершать нечто удивительное (помните об этом, когда будете читать о «примитивной» землеройке, «обыкновенном» кроте или рядовом таракане). Каждый эксперимент напоминает мне разглядывание чего-то в бинокль. Вы видите что-то вдалеке и берете бинокль, чтобы рассмотреть получше. Но вы никогда не знаете, что именно окажется в фокусе и что еще попадет в ваше поле зрения.

Сегодня студент-биолог может отнестись к этим рассуждениям скептически: как-никак, ученые уже веками «всматриваются» в биологические системы. Откуда в наши дни взяться новым открытиям? Отчасти ответ заключается в том, что я называю чудесами современных технологий. Иными словами, бинокли стали гораздо совершеннее. Точно так же, как космический телескоп «Хаббл» в прямом и переносном смысле изменил наш взгляд на Вселенную, аналогичные технологии проложили путь к новым открытиям в области нейробиологии, эволюции и поведения животных. Отличное сейчас время, чтобы быть ученым.

И тут мы подходим к еще одной причине появления этой книги. За время исследований у меня было столько приключений! Но вы никогда не узнаете о них из научных статей с описанием результатов. Ученые пишут в стиле Спока из «Звездного пути», излагая факты от третьего лица, используя пассивный залог и не допуская эмоций. Для этого есть веские основания: в научной литературе описание должно быть емким, а стиль – единообразным. Но такой текст создает неверное представление о работе ученых. Он не отражает ни предысторию исследования, ни ощущение чуда, которое испытывает ученый, когда тьма неведения рассеивается и природа раскрывает свои тайны. Поэтому еще одна моя цель – поделиться этими переживаниями. Надеюсь, мне удастся изменить ваше представление о том, как совершаются открытия и каково это – проводить исследование. А еще я очень надеюсь, что, познакомившись с несколькими замечательными животными, вы убедитесь, что природа гораздо интереснее, чем мы можем себе представить, и ею нужно дорожить.

P. S. Я пишу о том, что кажется самым необычным лично мне. Но вы вправе вынести самостоятельное суждение: возле некоторых иллюстраций в книге есть QR-коды, и если вы наведете на них камеру смартфона, то сможете посмотреть снятые мною видео и понаблюдать за поведением животных.

«Загадка, завернутая в тайну и помещенная внутрь головоломки», – так в 1939 году Уинстон Черчилль описал непостижимые закулисные действия советского правительства. Но этими же словами вполне можно описать и крота-звездоноса, одно из самых необычных животных, которое когда-либо ступало по Земле, а точнее – рыло в ней тоннели. В звездоносе странно буквально все: это крот, но он любит плавать; несмотря на высокую скорость обмена веществ, он обитает в самых холодных областях Северной Америки и не впадает в спячку; всю свою жизнь он роется в грязи, которая совершенно не липнет к его блестящей шерстке; среди его врагов – совы, ласки и другие хищники, но для поддержания популяции ему достаточно производить потомство всего один раз в год. У него необычные для крота зубы, а передние лапы напоминают лопаты с когтями. Но самое удивительное – то, что не дает отвести от него взгляд, – это нос. Если когда-нибудь вам повезет встретиться со звездоносом, не стесняйтесь и разглядывайте в свое удовольствие: все равно он вас не увидит.

Я просто обожаю этих животных, и они сыграли огромную роль в моей научной жизни. Оглядываясь назад, я поражаюсь тому, как часто я преодолевал трудности только благодаря случайным встречам и удаче. Некоторые из таких случаев я опишу в этой книге, поскольку они имеют прямое отношение к моим открытиям в области поведения животных, эволюции и нейробиологии. Ученый должен уметь выводить закономерности из самых необыкновенных частностей, и исследование анатомии звездоноса – яркое воплощение этого тезиса. Крот почти слеп, но его изучение привело к более глубокому пониманию устройства зрительной системы и мозга млекопитающих. И хотя его звездообразный нос кажется совершенно уникальным, он помогает выявить взаимосвязи между развитием и эволюцией и напоминает, что иногда недостающие эволюционные звенья можно обнаружить… прямо под носом. Изучая это удивительное создание, я научился многим вещам. Я научился быть ученым. И нет никаких сомнений, что именно звездонос привил мне любовь к разгадыванию биологических загадок.