Источник:

Журнал «Analog Science Fiction/Science Fact», том 101, 20 июля 1981, стр. 53-67

В данной статье находится материал, изначально размещённый
в книге Роберта А. Фрейтаса-младшего «Ксенология» (1979).

Внеземная зоология

Роберт А. Фрейтас-младший

«Два больших тёмных глаза пристально смотрели на меня. У чудовища была круглая голова и, если можно так выразиться, лицо. Под глазами находился рот, края которого двигались и дрожали, выпуская слюну. Чудовище тяжело дышало, и все его тело судорожно пульсировало. Одно его тонкое щупальце упиралось в край цилиндра, другим оно размахивало в воздухе…
Маслянистая тёмная кожа напоминала скользкую поверхность гриба, неуклюжие, медленные движения внушали невыразимый ужас.»

Г. Дж. Уэллс «Война миров» (1898)*

Довольно отталкивающе, верно? Классические научно-фантастические рассказы изобилуют пучеглазыми монстрами (или ПГМами, как их ласково называют знатоки), которые вторгаются на планеты, угрожают городам, атакуют ракетные корабли и похищают фигуристых женщин. Голливудские продюсеры явно убеждены в том, что большинство внеземных существ попадает в одну из четырёх зоологических категорий: (1) люди или гуманоиды, (2) очень большие животные, (3) аморфные капли и коконы и (4) лишённые формы энергетические существа.
Неужели мы не можем придумать ничего лучше этого?
Вполне можем! На самом деле любой, у кого есть доступ к хорошей библиотеке, может зайти в неё и прочитать всё о биологии одного из самых увлекательных, богато населённых миров во всём Млечном Пути – Земли! Мы живём на странной планете с множеством странных мест и сказочных живых существ, что в целом является прекрасным примером того, что может представлять собой внеземная жизнь. Для команды межзвёздных зоологов, исследующих разумных наземных млекопитающих здесь, на задворках галактики, наш мир – это такой же редкий планетарный зоопарк, как и любой другой на Млечном Пути.
Ксенобиологи сформулировали простое правило под названием «Допущение посредственности», которое, по сути, говорит о том, что Землю следует рассматривать как «типично экзотическое» место. Необычные решения, выработанные эволюцией на этой планете для решения проблемы выживания, найдут свои параллели, хотя и не обязательно дубликаты, среди живых видов других миров. Как однажды заметил биолог Аллен Бромс, «жизнь в иных местах, вероятно, будет состоять из странных комбинаций знакомых элементов».

Странная жизнь

В основе жизни, какой мы её знаем, лежат клетки: маленькие, аккуратные упаковки живой протоплазмы, содержащей все биологические механизмы, необходимые для выживания. Размер клеток человеческого тела в среднем составляет несколько микрон. (Один микрон – это миллионная доля метра, примерно сотая часть толщины страницы, на которой напечатаны эти слова.) Самым маленьким живым существом на Земле, способным к независимому обмену веществ, является PPLO, или «организм из группы плевропневмонии» (pleuropneumonia-like organism), размер которого составляет 0,1 микрона.* Микробиологи подсчитали, что самая маленькая клетка, которая теоретически могла бы существовать, была бы диаметром около 0,04 микрона. Забавно предположить, что инопланетный аналог человека, сконструированный в том же виде, но с использованием этих миниатюрных клеток, весил бы всего 50 миллиграммов и был бы высотой лишь 5 миллиметров – едва дотягивая до толщины карандаша. Можно лишь гадать, смогкт ли столь маленькие существа сохранить интеллект на уровне человека.

Обладать бесклеточной физиологией или быть одноклеточными вполне могут довольно крупные внеземные формы жизни. Например, на определённом этапе своей истории жизни слизевики представляют собой крошечных одноклеточных жгутиконосцев, способных к индивидуальному размножению путём простого деления. На более поздней «плазмодийной» стадии развития большие скопления этих существ сливаются вместе, и их клеточные стенки растворяются, образуя аморфную бесклеточную массу живой протоплазмы, размер которой может составлять 25 сантиметров и более. Кроме того, самой крупной отдельной живой клеткой, известной нам, было яйцо ныне вымершей полутонной птицы-слона, или «птицы Рух» (Aepyornis maximus). Это яйцо было около трети метра в поперечнике и весило 15 килограммов.
Количество и виды органов у инопланетных существ также могут сильно варьировать. Например, у земных кальмаров два разных вида сердец – один для венозной, а совсем другой – для артериальной крови, а у обычного дождевого червя (Pheretima) сердец целая дюжина. У двух вымерших видов динозавров, бронтозавра и диплодока, было два мозга, один в голове и участок нервной ткани ещё большего размера в области бёдер.* (Объём этого «крестцового расширения» у стегозавра, другого ископаемого животного огромных размеров, был, возможно, в двадцать раз больше, чем объём мозга в полости черепа!) А всё тело насекомого представляет собой его «лёгкие» – кислород доставляется к клеткам напрямую по сложной сети трахей, или микротрубочек, пронизывающих весь организм.

Иногда органы сочетают в себе сразу несколько функций – например, рот у человека. Инопланетянам необязательно обладать теми же комбинациями, что есть у нас. У них могут быть одни и те же, или же раздельные органы для приёма пищи, питья, выделения, дыхания и речи. Дельфин, например, ест ртом, дышит через дыхало, а «говорит» через «уши».* Лёгкие сухопутной улитки открываются в проход, отличный от пищеварительного тракта, а морские огурцы дышат через прямую кишку (так называемое «кишечное дыхание»). Клоака лягушек и многих других животных представляет собой единый орган, сочетающий в себе выделительную и репродуктивную функции.** Брахиоподы могут извергать экскременты только из своего «слепого кишечника» (своеобразного пищеварительного слепого мешка), а представители типа Nematomorpha (черви-волосатики) питаются исключительно путём прямого всасывания питательных веществ через кожу – поскольку у них нет ртов.***

Каков будет размер?

Насколько крупными могут быть инопланетяне? Чтобы ответить на вопрос, нам нужно понять то, что называется законом квадрата-куба. Этот универсальный геометрический принцип, впервые понятый Галилеем более трёх веков назад, гласит, что при увеличении размера объём всегда увеличивается быстрее, чем площадь поверхности. У цельного куба, длина грани которого удвоена, площадь поверхности увеличивается в два раза в квадрате (2×2), или в четыре раза; в то же время объём и, следовательно, масса, увеличивается в два раза в кубе (2×2×2), или в восемь раз.
Это легко применимо к биологии. Представьте себе внеземное травоядное животное с костями, безмятежно пасущееся на каком-нибудь инопланетном лугу. Внезапно мы удваиваем его размеры. Кости ног животного, которые теперь в два раза толще, увеличили площадь поперечного сечения в четыре раза, однако существо весит в восемь раз больше, поэтому его кости должны выдерживать двойную нагрузку. При обычной физической нагрузке оно может рухнуть на землю, если у него не вырастут пропорционально более толстые конечности, способные справиться с дополнительной физической нагрузкой.
По мере увеличения размера животного перестройке должны подвергнуться все части его тела. Как и в случае с костями, мышечная сила определяется площадью поперечного сечения. Гуманоидам вдвое большего размера нужны бицепсы вчетверо толще: в противном случае они тянули бы с четырёхкратным усилием в восемь раз большую массу. Лёгкие, почки, кишечник и другие органы, через которые фильтруется кровь, функционируют в соответствии с площадью их поверхности, поэтому при большем размере тела они должны либо увеличивать массу, либо становиться более складчатыми.
Фильмы ужасов о гигантских насекомых, опустошающих сельскую местность, на самом деле совершенно невозможны даже в мирах с низкой гравитацией. Жук размером с дом весил бы в миллиард раз больше, чем его земные собратья размером с блоху. Его тонким стройным ногам пришлось бы выдерживать в тысячи раз большие нагрузки. Чтобы хотя бы просто ходить, членистоногому-переростку нужны мышцы пропорционально в тысячи раз толще; к сожалению, жизненно важные ткани уже заполняют полый скелет крошечного оригинала. Если бы насекомое-переросток не разрушилось под собственным весом, или не было обездвижено слабостью своих мышц, оно умерло бы от голода, потому что его желудок был бы в тысячу раз меньше, чем нужно для проглатывания достаточного количества пищи; или же оно задохнулось бы, потому что его трахеи способны вместить лишь тысячную часть необходимого ему количества воздуха.
При нейтральной плавучести морские обитатели свободны от бремени силы тяжести, но всё равно подчиняются закону квадрата-куба. Движущиеся тела предпочитают продолжать движение – внеземные левиафаны крупнее китов испытывали бы серьёзные трудности с управлением, разворотом и торможением из-за своей массы – относительно большой по сравнению с площадью управляющих поверхностей. Слишком быстрое движение на поворотах может вызвать появление напряжений, превышающих предел прочности биологических материалов, и колосс буквально переломился бы пополам. Эти проблемы знакомы пилотам современных супертанкеров – огромных кораблей, которым требуется пройти километры для разворота или остановки.

Гравитация и жизнь

Однажды уважаемый зоолог Д’Арси Вентворт Томпсон высказал предположение о влиянии гравитации на эволюцию. «Если бы сила тяжести удвоилась, – заявил Томпсон, – то наша двуногая форма стала бы неудачной, а многие наземные животные были бы похожи на коротконогих ящериц, или же на змей. В равной степени пострадали бы птицы и насекомые, хотя и с некоторой компенсацией в виде увеличенной плотности воздуха. С другой стороны, если бы сила тяжести уменьшилась вдвое, мы получили бы более лёгкий, стройный и активный тип, которому требовалось бы меньше энергии, меньше тепла, сердце и лёгкие меньшего размера, и меньший объём крови. Гравитация не только управляет действиями, но и оказывает влияние на формы всех организмов, за исключением мельчайших».
Это верно, что максимальный вес живых существ не может выходить за пределы устойчивости костного материала к раздавливанию. Но животные не созданы для того, чтобы стоять неподвижно – если бы это было так, человеческие ноги могли бы быть толщиной в несколько миллиметров. Вместо этого они должны выдерживать пиковые нагрузки и ускорения, возникающие при обычном беге, прыжках и других действиях по выживанию, требующих приложения усилий. Лошадь в состоянии покоя кажется излишне сильной; на ипподроме, где она может остановиться за секунду или меньше, почти на грани получения перелома костей, конструктивные ограничения используются в более полном объёме.
Очевидно, что помимо гравитационной нагрузки ограничение максимального размера определяется и другими факторами – взаимоотношениями хищника и жертвы, скоростью бега, потребностями в пище, содержанием кислорода, экологическими ограничениями и прочими. Тем не менее, мы можем оценить, какое влияние может оказывать гравитация на эволюцию, основываясь на биологической истории Земли. Самым крупным наземным существом, живущим в настоящее время, является африканский слон, весящий внушительные 6600 килограммов. Тираннозавр рекс, один из крупнейших наземных хищников, весил не менее 8000 кг. Белуджитерий, крупнейшее вымершее наземное млекопитающее, был сложен как безрогий носорог и весил более 22 000 кг.* Возможно, самым крупным наземным животным из когда-либо живших был брахиозавр: некоторые его экземпляры, возможно, весили 111 000 кг, но мы не будем обращать внимания на это величественное животное, потому что ему, вероятно, приходилось проводить много времени, сидя в болотах, давая отдых своему уставшему телу. Мы можем с осторожностью предположить, что самое тяжёлое существо, обитающее исключительно на суше, вероятное на планете с 1 g, весит около 22 000 кг.**

Насколько массивными будут инопланетные животные? Моделирование солнечных систем доктором Стивеном Х. Доулом из корпорации RAND и другими специалистами показывает, что землеподобные каменистые миры с жизнепригодными атмосферами должны обладать поверхностной гравитацией примерно от 0,2 до 2,0 земных g. Теперь, если сила тяжести удвоится, нагрузка на кости не увеличится, если рост существа уменьшится вдвое, но при этом другие размеры останутся прежними. Если максимальный рост обратно пропорционален силе тяжести, то максимальный объём (и, следовательно, масса) обратно пропорционален кубу силы тяжести. В соответствии с этой пропорцией самое тяжёлое животное в мире с 2 g весит около 2800 кг, тогда как на планете с 0,2 g (как на спутнике Сатурна Титане) самое массивное животное, предположительно, может дорастать почти до трёх миллионов килограммов – хотя я бы не хотел пытаться его прокормить! Таким образом, такие животные, как моржи, мелкие слоны и даже 70-килограммовые гуманоиды вполне возможны даже в самом тяжёлом из всех разумно предполагаемых землеподобных миров. Нет необходимости в «приземистых существах крепкого сложения, похожих скорее на бронированный блин на многочисленных ногах... ограниченных лишь медленным ползаньем по поверхности».
Разумеется, сила тяжести повлияет на план строения. В любой рассматриваемой весовой категории у животных при высокой силе тяжести кости должны быть короче и толще, чем у тех, которые эволюционируют в условиях низкой гравитации. Чтобы обеспечить надлежащую опору, поперечное сечение кости должно увеличиваться прямо пропорционально увеличению веса. Вес – это произведение массы и силы тяжести, поэтому диаметр кости должен быть пропорционален квадратному корню из силы тяжести.
Давайте применим это к человеку. Типичная бедренная кость человека, самая идеально цилиндрическая и крупная кость в нашем теле, диаметром 3,5 сантиметра. Используя приведённое выше соотношение с квадратным корнем, мы находим, что толщина бедренной кости должна увеличиться до 4,9 см в мире с двойной g, или уменьшиться до 1,6 см на планете с 0,2 g, чтобы одинаково успешно обеспечивать опору человеческому телу массой 70 кг. Эксперименты подтвердили, что у животных, выращенных в условиях высокой гравитации, формируются более толстые кости и более сильное сердце, и теряется жир, но инопланетные существа не будут казаться переразвитыми или недоразвитыми по сравнению с земной жизнью равной массы.

Скелеты инопланетян

В море бескостные формы жизни могут вырастать до огромных размеров. У жизни без жёсткого каркаса есть и другие преимущества, которые мы с трудом можем оценить. Например, осьминог, которого часто называют величайшим мастером побегов, может растягиваться в невероятно тонкую лепёшку, пролезая, словно лист резины, сквозь маленькие отверстия или узкие щели и уверенно скользя по рабочим столам и палубам кораблей.
Но наземное существо – это обитатель мест, где действует гравитация. Жизнь, заселившая поверхность суши, должна приобрести в ходе эволюции какие-то средства физической опоры или превратиться в распростёртую по земле массу. На Земле самые распространённые каркасы – это экзоскелет и эндоскелет. Первый, типичный для насекомых и ракообразных, представляет собой полую прочную трубку, заполненную внутренностями существа. Второй, который есть у всех позвоночных, представляет собой основу в виде позвоночника, с которого свисают, словно пальто с вешалки для шляп, жизненно важные органы. Экзоскелеты – это твёрдый материал, окружающий внутренности; эндоскелеты – это кости, окружённые внутренностями.
Какая из конструкций лучше? Биоинженеры отмечают, что трубчатая колонна всегда обладает большей прочностью, чем цельная балка той же массы. Трубы обладают в два раза большей устойчивостью к изгибу и во много раз большей стойкостью к перекручиванию. Механические преимущества лучше всего используются экзоскелетами из-за большей площади твёрдой поверхности, к которой могут крепиться мышцы.
Так зачем же быть позвоночным? Ответ заключается в том, что мы рассматривали лишь статическую прочность. Крупные эндоскелеты превосходят экзоскелеты при динамических ударных нагрузках – например, при падении с деревьев; вот, почему крупнейшие из всех видов животных носят свои кости внутри. Массивные инопланетные инсектоиды не являются невозможными: они просто менее вероятны. На планетах с низкой гравитацией удары от падения должны быть не такими сильными, а крупные активные членистоногие могут выжить в атмосфере, богатой кислородом. Размеры самых крупных панцирных существ на Земле варьировали от десятой доли метра у южноамериканского тарантула на суше до нескольких метров у некоторых ископаемых морских членистоногих.
У инопланетян есть и другие возможности выбора. Одна из самых популярных альтернатив у ксенобиологов называется «корзиночный скелет», который на этой планете есть у морских иглокожих (морские огурцы, морские звёзды, морские ежи) и баклана (морская птица семейства пеликановых). Физическое напряжение распределяется по всему телу по своеобразной костяной решётке, необычному внутреннему образованию, которое один остряк в шутку назвал «кишками в птичьей клетке».
Другая возможность – это двойной позвоночник или множественный эндоскелет. На Земле плоские черви и другие свободноживущие турбеллярии обладают двойными нервными каналами, которые проходят по всей длине их тела. «Лестничные скелеты» инопланетян могли бы улучшить стабильность осанки и обеспечить большую прочность в мирах с высокой гравитацией, хотя повороты или скручивания туловища могут быть ограничены, даже если многочисленные опорные колонны будут суставчатыми или сегментированными.
Третья альтернатива – это «гидростатический скелет», на удивление распространённый на Земле. Тела животных сохраняют жёсткость благодаря жидкости под давлением, заключённой в мешок из жёсткой кожи. В основном такая опора есть лишь у мелких дождевых червей и нематод, но массивные морские существа вроде акул сжимают свои внутренности, помогая себе преодолевать крутые повороты, и даже человек использует содержимое своего живота как гидростатический скелет. Крупные инопланетяне могли бы приобрести в процессе эволюции жидкостный скелет внутри плотных, усиленных волокнами трубок с обширной укрепляющей мускулатурой – например, у чисто гидростатических гусениц есть около 4000 отдельных мышц по сравнению с менее чем 700 у человека.

Сколько будет глаз?

Природа часто использует одно и то же решение некоторой проблемы, с которой сталкиваются многие независимо эволюционировавшие виды. Возможно, одним из самых ярких примеров этой «конвергентной эволюции» является глаз камерного типа, изобретённый независимо, как минимум, в пяти основных типах земных животных (хордовые, моллюски, кольчатые черви, кишечнополостные и простейшие). У каждого из них радикально отличная от прочих история развития. Естественно, есть несколько несовпадений – например, светочувствительные клетки в глазных яблоках моллюсков направлены в сторону света, в отличие от позвоночных. Но настраиваемый хрусталик, сетчатка, пигменты, фокусирующие мышцы, радужная оболочка-диафрагма, прозрачная роговица и веки – всё это узнаётся сразу. Возможно, природа пытается нам что-то сказать: глаз камерного типа распространён повсеместно просто потому, что это лучший вариант устройства для работы, в этом или любом другом мире.
Следующим по успешности, и даже более успешным, если просто посчитать виды, является сложный глаз насекомых и ракообразных. Каждый орган выглядит как маленький драгоценный камень с множеством граней, но на самом деле это крошечный пучок оптических трубок, которые направляют свет на большую матрицу из отдельных светочувствительных точек на сетчатке. Изображение образует сложную мозаику из тысяч маленьких световых точек. (В глазах стрекозы насчитывается более 28 000 фасеток, и они могут различать движение на расстоянии до двенадцати метров.) Однако фасеточный глаз обладает такой низкой разрешающей способностью, что насекомое, внимательно изучающее эту страницу, совершенно не смогло бы разобрать отдельные буквы, поэтому крупным инопланетянам эта система покажется непривлекательной. Похоже, что она лучше всего подходит более мелким существам – если бы у блохи было сферическое глазное яблоко с хрусталиком, как у человека, зрачок был бы настолько маленьким, что эффекты дифракции совершенно испортили бы изображение.
Другие техники зрения, ограниченно распространённые на Земле, могут оказаться востребованными на других планетах. Например, у инопланетных видов могут быть глаза типа камеры-обскуры, как у камерного наутилуса, – удивительно простая система, состоящая из открытой зрительной ямки без линз, исключительно полезная в воде. В «сканирующем глазу» улитки свет проникает через простой хрусталик и сканируется единственным нервным сенсором сетчатки, перемещающимся по полю зрения, медленно создавая изображение окружающей среды. В этом мире никогда не разрабатывался принцип работы оптического зеркального телескопа для получения прямых изображений, хотя многие виды используют биологический зеркальный узел для повышения чувствительности камерного глаза (тапетум у обыкновенной домашней кошки) или для привлечения добычи с помощью глубоководных «прожекторов» в сочетании с биолюминесценцией (выдвижные отражатели у светящегося кальмара).
Какое количество глаз лучше всего? Природа обычно экономит, поэтому для ненаправленного восприятия достаточно одного рецепторного органа. У большинства крупных организмов есть только один орган обоняния и один орган вкуса. С другой стороны, направленные органы чувств могут результативно использовать преимущества стерео-восприятия. Для триангуляции и восприятия глубины требуются, как минимум, два физически разделённых рецептора, и, похоже, использование более чем одной пары принесёт мало пользы. Как однажды заметил астроном Карл Саган, «Три глаза по сравнению с двумя представляют собой далеко не такое же улучшение, как два – по сравнению с одним».

Рисунок 1. Трёхглазая инопланетная форма жизни (изображение любезно предоставлено Уэйном Барлоу)

Тем не менее, у нескольких видов животных действительно есть больше, чем одна пара создающих изображение глаз. Зоолог Норман Дж. Беррилл из Университета Макгилла в Монреале описывает выходки за обедом паука, у которого четыре пары глаз: «Задняя пара служит для высматривания пищи или опасности. Остальные три пары работают совместно, но последовательно. Если что-то попадает в поле зрения одной из крайних пар, голова поворачивается до тех пор, пока объект не окажется в поле зрения двух пар глаз в середине, и тогда паук движется вперёд. Когда объект попадает в фокус передней пары, паук прыгает, нападая». Возможно, наивысшего предела достиг моллюск гребешок, чьи буквально сотни крошечных, превосходно устроенных «глаз», не формирующих изображение, разбросаны по окружности его мантии, словно ходовые огни на океанском лайнере.
А как насчёт глаз на стебельках? Многие ксенобиологи считают это приспособление сравнительно маловероятным для мыслящих животных. Глазным стебелькам требуется гидравлическая система поддержки, которая приносит мало пользы, за исключением мелких животных. Для крупных организмов глаза являются жизненно важными органами чувств, однако хищники могут отсечь стебельки одним ударом когтя или клешни, навсегда лишив зрения их владельца. Глаза-перископы, не защищённые костями, также более подвержены распространённым травмам – в результате несчастного случая стебельки можно слишком легко задеть, защемить или раздавить.

Инопланетные чувства

Разумеется, зрение – это способность к обнаружению всего лишь одного узкого набора длин волн света во всём электромагнитном спектре. Одной из альтернатив зрению в видимом диапазоне является инфракрасное (ИК) зрение, или видение с помощью тепловых волн. Гремучая змея достаточно хорошо владеет этой способностью – у этого существа есть два глазных яблока, создающих образ в видимом диапазоне, и две конических ямки на обеих сторонах головы, которые дают возможность бинокулярного определения разницы температур в инфракрасном диапазоне, составляющей всего лишь 0,002 °C. Теория оптики предсказывает, что различающие инфракрасный свет глазные яблоки инопланетян с разрешением, близким к разрешению человеческого глаза, могут иметь отверстие размером всего 4 сантиметра при 93 000 ангстремах (пиковая длина волны излучения чёрного тела, испускаемого тёплым человеческим телом). Это хорошо соотносится с размером глаза индийского слона (4,1 см), лошади (5 см), синего кита (14,5 см) и самых крупных головоногих моллюсков (до 37 см).
Радиозрение – ещё одна возможность, хотя с этим связаны две крупных эволюционных проблемы. Во-первых, сложно (хотя и не невозможно) представить такие условия на поверхности планеты, когда освещённость в радиоволновом диапазоне равна или превосходит яркость в видимом диапазоне, давая тем самым конкурентное преимущество радиозрению. Во-вторых, сенсоры радиоволн должны быть шириной порядка 10-1000 метров, чтобы обеспечить остроту зрения на уровне человеческого глаза, хотя такое разрешение может быть и не обязательным.
Предполагая, что жизнь развивается в основном на поверхности планет и в атмосфере, другие формы зрения – очень низкочастотное, ультрафиолетовое и рентгеновское – маловероятны, поскольку излучние с этими длинами волн сильно поглощается при прохождении через атмосферу или океан. Способность обнаруживать статическое электрическое поле была задокументирована у многих видов, в частности у акул и электрических рыб, а чувствительность к магнитным полям была обнаружена у улиток, голубей, дельфинов, пчёл и многих других животных. Также жизнью на Земле широко используются акустический, тактильный и химический спектры ощущений.
Одним из возможных внеземных чувств, которое часто упускают из виду, является способность обнаруживать радиоактивность. В мире с высокой концентрацией радионуклидных руд вблизи поверхности или на планете, переживающей глобальную ядерную катастрофу, биологические счётчики Гейгера предупредили бы о необходимости держаться подальше от больших участков, представляющих радиационную опасность. Однажды «чувство радиоактивности» было искусственно привито небольшой группе лабораторных животных путём подключения портативных счётчиков Гейгера непосредственно к центру страха в мозге кошки. Оказавшись рядом с кучей радиоактивных материалов в одном из углов своей клетки, каждая из кошек шарахнулась в сторону.
Ключом к чувствам инопланетян является выживание – подходящим кандидатом для формирования ощущений будет любая информация об окружающей среде, которая позволила бы животному лучше конкурировать за доступные ограниченные ресурсы. Например, мы могли бы представить сложный набор органов метеорологических чувств, который эволюция порождает в мире, проклятием которого будет крайне изменчивая, постоянно ненастная погода. Были бы необходимы сенсоры влажности и атмосферного давления, а также анемометры для определения скорости ветра. Полезной была бы способность улавливать изменения в составе атмосферы вроде сенсоров присутствия углекислого газа, которыми обладают медоносные пчёлы и огненные муравьи. Степень прозрачности атмосферы, тесно связанная с характером изменения погодных условий, в значительной степени влияет на степень поляризации света неба – органы чувств, реагирующие на интенсивность и распределение поляризованного света, могут позволить их обладателю укрыться от стихии ещё до того, как стихия нанесёт свой удар. Наблюдаемая нами способность многих животных предчувствовать землетрясение или торнадо до их начала может быть связана с их способностью к восприятию инфразвука очень низкой частоты или незначительных изменений электрического поля, непосредственно предшествующих событию. А утверждение о том, что слоны способны чувствовать воду, находящуюся примерно на метровой глубине под поверхностью явно пересохших речных русел, научно не доказано, однако факт остаётся фактом: у таких биологических лозоходцев было бы гораздо больше шансов выжить на планете, страдающей от засухи.

Сколько нужно ног?

Если использовать сугубо механистический подход, то с точки зрения геометрии для определения плоскости поверхности необходимы три точки – две точки дают лишь прямую. Инопланетяне, пытающиеся встать только на один или два рычага, быстро шлёпнутся лицом об землю. Нам, двуногим людям, удаётся оставаться прямоходящими исключительно потому, что наши большие ступни обеспечивают дополнительные точки соприкосновения с землёй, но, если нет пальцев ног или ступней, необходимо, как минимум, три ноги.
Возможны ли трёхногие инопланетяне? Биологи-традиционалисты говорят, что нет. Идущее трёхногое существо должно оторвать от земли, как минимум, одну конечность, и в этот момент оно теряет свою плоскость опоры, что представляет собой статически нестабильную и динамически ненадёжную ситуацию. С инженерной точки зрения четыре ноги выглядят лучше, поскольку существо может сохранять равновесие, когда одна нога находится в движении. У предковых рыб плавники располагались только парами, так не должны ли все конечности также эволюционировать парами?
Ксенобиологов это не убеждает. Во время передвижения многие бегающие двуногие и четвероногие существа опираются на землю двумя конечностями или меньше, поэтому динамическая устойчивость на трёх точках, вероятно, не будет обязательным условием. Наземная жизнь не обязательно эволюционирует только от рыб с парными плавниками – потомки, скажем, морской звезды могут быть с нечётным количеством ног. Однако самым убедительным является тот простой факт, что трёхногие существа есть на Земле! Вымерший тираннозавр рекс и несколько крупных современных существ, таких как кенгуру, бегают на двух ногах, но стоят на трёх. Хвосты этих животных такие же сильные и толстые, как и задние лапы, и регулярно используются для поддержания осанки.* Действительно, когда кенгуру дерутся, они встают на хвосты, высвобождая обе ноги для нанесения противникам сокрушительных пинков.

Число ног больше четырёх допустимо даже для массивных, умных животных. Непарные придатки часто используются для узкоспециализированных целей, на что указывают цепкий хвост обезьян и ловкий хобот слонов. Ключом к мультипедии более высокого порядка является контроль нервной системы. Нейронная схема для дополнительной конечности будет значительно меньше, чем требуется, допустим, для добавления ещё одного глаза. Мышцам нужны тысячи новых нейронов, а глазным яблокам – миллионы. У млекопитающих за сенсорные функции отвечает около трети мозга, тогда как за моторное управление отвечает лишь небольшая его часть, поэтому у инопланетян гораздо вероятнее наличие дополнительных рук, чем лишних глаз или ушей.
Доктор Бонни Далзелл, писатель-палеонтолог, которая помогла Ларри Нивену создать некоторых из его вымышленных инопланетян, настаивает на том, что позвоночные на Земле обладают четырьмя конечностями исключительно из-за общего происхождения от рыб, приспособленных к условиям свободного плавания в больших открытых океанах. Этим рыбам требовалось всего два независимых набора горизонтальных рулей, чтобы они могли двигаться в море. Возможно, если бы мы эволюционировали из Euthacanthus, рыбы девонского периода, у которой было не менее семи пар плавников, то сегодня мы сами могли бы быть шестиногими или ещё более многоногими.*

Доктор Далзелл ожидает найти разумных шестиногих на планетах с небольшими, неглубокими океанами. Там на ранних этапах эволюционной истории преобладающими прибрежными и пресноводными формами жизни стали бы донные рыбы. Если на планете очень сезонный климат, возможно, сопровождающийся крупномасштабным периодическим испарением озёр и морей, лишь немногие виды рыб смогли бы эволюционировать в хороших пловцов, как на Земле. Морские существа со многими парами плавников обладали бы преимуществом и в итоге унаследовали бы сушу, создав богатую экологию многоногой животной жизни.
У жизни на шести ногах много преимуществ. В мирах с высокой гравитацией шестиногость – это хороший способ распределить механические нагрузки и снизить опасность перелома костей. Травма или потеря конечности более катастрофична для четвероногих, чем для шестиногих (у которых есть «запасные части»). Шестиногие также лучше уравновешены, поскольку, в отличие от четвероногих, они могут устойчиво сохранять опору на три точки на земле даже во время бега на большой скорости. И координация всех этих ног не должна быть слишком сложной задачей. Далзелл говорит: «Земные насекомые с тремя парами ног вряд ли отличаются хорошими умственными способностями, но в большинстве своём прекрасно ходят».

Рисунок 2. Шестиногое инопланетное животное (изображение любезно предоставлено Уэйном Барлоу)

Разумеется, ноги – это не единственный способ решения проблемы. Реализации требует потенциал вращательного движения (если выбирать одну возможность из многих). Несколько лет назад биологи сделали удивительное открытие, обнаружив, что хвосты крошечных бактерий приводятся в движение миниатюрными ионными двигателями, у которых есть ротор, статор, втулки и свободно вращающийся приводной вал, совершающий до 60 оборотов в секунду. Быстрые взмахи жгутиков туда-сюда, которые мы видим под микроскопом, на самом деле представляют собой сложное спиралевидное скручивающее движение, больше похожее на работу гребного винта, чем на простые волнообразные изгибы на рыбий манер. Это открытие противоречит давнему утверждению о том, что живые организмы не могут содержать отдельных самостоятельно вращающихся частей.
Движение за счёт вращающихся частей возможно и для крупных животных. Представьте себе небольшой землеподобный мир с низкой тектонической активностью и широкими плоскими континентальными шельфами, в периоды глобального потепления затопляемые на глубину пяти-десяти метров. Существо, мало чем отличающееся от принадлежащей к числу моллюсков каракатицы Sepia, парит у дна, выслеживая мелкую рыбу, креветок и крабов, иногда выбрасывая струи воды из нескольких выходных отверстий, как делают многие другие головоногие моллюски. Иногда в отверстии застревают частицы песка, вызывая раздражение. В ответ животное заключает их в идеально гладкую сферическую жемчужину, очень похожую на жемчужины современной устрицы.
Через миллионы лет наступает ледниковый период. Отступающая береговая линия оставляет после себя обширные участки ровного твёрдого континентального шельфа. Мы могли бы представить, что наша каракатица, загнанная во всё более мутные, холодные и мелеющие воды, в итоге покидает море и выходит на сушу, эволюционируя в «существо на колёсиках». Её реактивные сопла теперь будут постоянно закупорены крупными перламутровыми образованиями почти с рождения, и эти животные могут развивать способность кататься по ступенчатым континентальным гоночным трассам. Скорость контролируется внутренними сфинктерами, которым помогают тепловые сенсоры для управляемого торможения на пологих участках спуска и мышечная система «низшей передачи» для крутых подъёмов. Щупальца, похожие на лыжные палки, обеспечивают дополнительную устойчивость во время скоростных заездов вдоль береговой линии.*

Покорение воздуха

Насколько крупными могли бы стать летающие инопланетяне? На Земле альбатрос довольно близок к максимуму.* Размах крыльев этой 10-килограммовой птицы достигает четырёх метров, и ей нужна длинная взлетно-посадочная полоса, чтобы достичь скорости отрыва в 20 км/ч. Эта минимальная скорость называется «скоростью сваливания» и частично определяется плотностью воздуха. Венерианские голуби могли бы оставаться в воздухе при скорости в десять раз меньшей, чем у их земных собратьев, тогда как марсианским птицам аналогичного размера и формы пришлось бы лететь в десять раз быстрее, чтобы оставаться в воздухе.

Основным фактором, определяющим размер птиц, является атмосферное давление, а не гравитация, как ошибочно полагают некоторые. В мирах с высоким давлением у инопланетных птицеподобных существ могут быть на удивление маленькие крылья и большая масса. Инопланетянин массой с человека мог бы летать на крыльях альбатроса в воздухе, который всего лишь в пять раз гуще, чем на Земле, а венерианский альбатрос мог бы обойтись куцыми крылышками размером меньше страницы, на которой напечатаны эти слова.
Гравитация на поверхности планеты оказывает меньшее влияние на размер отчасти потому, что она меняется от планеты к планете гораздо меньше, чем плотность воздуха. Чтобы летать так же легко на планете с 2 g и воздухом, похожим на земной, голубю необходимо увеличить общую площадь крыльев всего на 75 процентов; в мире наилегчайших 0,2 g поверхность крыльев может уменьшиться на 75 процентов. Гравитация также влияет на скорость сваливания. Альбатросу на планете с 2 g требуется удлинение взлётно-посадочной полосы на 40%; на планете с 0,2 g он может обойтись полосой короче на 55%. Массивные внеземные птицеподобные создания более вероятны на маленьких планетах с плотной атмосферой.
Какое количество крыльев окажется наилучшим? Наиболее распространённым вариантом среди земных видов является одна пара, которая создаёт подъёмную силу активными ударами по воздуху – что-то вроде лопастей несущего винта вертолета. Менее распространённой является система «аэроплан», в которой одна пара создаёт пассивную подъёмную силу (как крылья самолёта), а вторая пара играет более активную роль (как пропеллеры). Добавление ещё большего количества крыльев не принесёт никакой пользы, следовательно, вряд ли они будут эволюционировать. Лишь очень немногие виды насекомых на Земле сохраняют рудиментарные следы предковой третьей пары крыльев, и они дегенерировали и бесполезны для полёта.*

У инопланетных воздушных путешественников может вообще не быть крыльев! Существует множество альтернатив, которые эволюция на этой планете так и не использовала в полной мере. Рассмотрим, например, принципы работы ракеты, планера и воздушного шара.
Мир с высокой гравитацией, изобилующий морями и с тёплой, богатой кислородом атмосферой, мог бы породить хищника – «ракетную рыбу», патрулирующую прибрежные мелководья и охотящуюся на медлительных насекомых размером с птицу, собирающихся густыми роями высоко в небе. Словно игрушечные пластиковые ракеты, которые, полностью заряженные водой и сжатым воздухом, пролетают через всю игровую площадку, ракетная рыба взмывает из моря «свечой» и заглатывает свой обед на лету. У такого животного в задней части тела должен быть прочный баллон высокого давления, который можно быстро разряжать через жёсткую костяную насадку, перезаряжая за считанные минуты с помощью мощных мышц сфинктера, внутреннего процесса выделения газа или осмоса. Среди земных аналогов отметим реактивное движение кальмаров и осьминогов, химические аэрозоли под давлением у термитов-солдат и струю кипящей жидкости у жука-бомбардира.

Рисунок 3. Изображение ракетной рыбы (любезно предоставлено Уэйном Барлоу)

Лёгкая планета с сильными ветрами могла бы стать идеальной для эволюции разумных «зверей-парашютов», крупных воздушных инопланетян, способных путешествовать по воздушным маршрутам своего мира, манипулируя прочными парашютами или простыми поверхностями скольжения. Стервятники могут парить часами без особых усилий, используя сильные восходящие потоки в горах для набора высоты, но другие миры, возможно, ещё лучше подходят для такого способа полёта. Другой земной аналог представляет собой расселение молоди пауков по воздуху – паучата подползают к кончику травинки, поднимают свои крошечные брюшки и выпускают тонкую шелковистую нить, а затем запрыгивают на борт, когда порыв ветра подхватывает тончайшие нити и уносит их в небо.
Идея живых организмов, похожих на воздушные шары, известна как в науке, так и в научной фантастике. Бонни Далзелл спроектировала «чудовище-дирижабль» для выставки «Выбери себе планету» в Национальном музее авиации и космонавтики Смитсоновского института. Предполагатся, что эти существа населяют мир с холодными зимами, высокой гравитацией и плотной атмосферой. Дважды в год травоядные стокилограммовые дирижабли наполняют свои многочисленные подъёмные мешки образующимся в результате метаболизма газообразным водородом и дрейфуют в другое полушарие, чтобы избежать сезонного похолодания. Сильные ветры являются преимуществом, но хищники многочисленны, и многие благородные воздухоплаватели гибнут во время миграций, когда случайный удар молнии поражает и поджигает их легковоспламеняющиеся тела. На Земле аналогом жизни в форме воздушного шара в жидкой среде будут португальский военный кораблик, камерный наутилус и плавательные пузыри рыб.*

Когда речь заходит о передвижении животных, в биологии также в значительной степени игнорируются возможности паруса. Одним из немногих примеров на этой планете является Velella, небольшое дряблое дисковидное морское существо, чей спинной плавник, похожий на парус, позволяет медленно дрейфовать по ветру. Другим примером, как ни удивительно, является кит. Эти величественные китообразные иногда «встают на голову», выставляя над водой только свои гигантские широколопастные хвосты, ловят порывы ветра и играючи «проходят под парусом» сотни метров, прежде чем вынырнуть за воздухом.
Более сорока лет назад Олаф Стэплдон размышлял над возможностью создания настоящего биологического парусника. Давайте представим себе головоногого моллюска с тяжёлой выгнутой раковиной, живущего в заливах и эстуариях какого-нибудь инопланетного мира. Со временем этот вид постепенно приобретает способность плавать в перевёрнутой раковине, словно в лодке, что помогает во время миграции. Эти существа дрейфуют с прибрежными течениями, питаясь плавающими на поверхности водорослями и обгрызая верхушки стеблей донных водорослей. Со временем панцирь мог бы стать лучше приспособленным для плавания, возможно, благодаря обтекаемой ходовой части, что позволило бы инопланетянину успешнее прокладывать курс между известными скоплениями пищи и спасаться от хищников. В конце концов, он развивает ещё большую скорость при помощи грубого паруса – тонкой перепонки, отрастающей от хрящевого стержня на животе животного. В ходе дальнейшей эволюции перепонка приобретает способность сокращаться, и даже тонко управляться небольшими мышцами. Наконец, появление мозга и органов чувств, вполне сопоставимых с таковыми у высших моллюсков на Земле, делает возможным появление своеобразного живого корабля-клипера, на котором есть наблюдатель (вынесенные вперёд органы чувств), кливер, грот, такелаж (растяжимое сухожилие) и руль поворота.

Рисунок 4. Существо-парусник (любезно предоставлено Уэйном Барлоу)

На каждой пригодной для жизни планете существуют миллионы ныне живущих видов и миллиарды вымерших, а во Вселенной – множество триллионов удобных планет. Это складывается в невероятное разнообразие жизни. В своей книге «Cosmotheoros» (1698) Христиан Гюйгенс писал, что «Натура обыкновенно в большой части вещей различность возлюбляет, из чего такожь мощь творца знатнее возсияет. Сим убо надлежит помыслити, что не в человеческом изволении состоит предписывать, коль велика сия различность и неравность есть, и несть в том нужды, понеже оныя не измеряемы».* Верно ли пророчество Гюйгенса – это то, что мы можем установить, лишь путешествуя по далёким мирам и непосредственно изучая внеземную экологию. Возможно, когда-нибудь, уже скоро, мы совершим это эпическое путешествие.

Для дальнейшего чтения

• Norman J. Berrill, Worlds Without End: A Reflection on Planets, Life and Time, Macmillan, New York, 1964.
• R. McNeill Alexander, G. Goldspink, eds., Mechanics and Energetics of Animal Locomotion, John Wiley & Sons, New York, 1977.
• Bonnie Dalzell, “Exotic Bestiary for Vicarious Space Voyagers,” Smithsonian 5 (October 1974):84-91 (русский перевод статьи находится здесь).
• Doris Jonas, David Jonas, Other Senses, Other Worlds, Stein and Day, New York, 1976.
• Robert A. Freitas Jr., “Xenobiology,” Analog 101 (30 March 1981):30-41. http://www.xenology.info/Papers/Xenobiology.htm (русский перевод статьи находится здесь)
• Olaf Stapledon, Star Maker, Methuen, 1937. Reprinted: Penguin Books, Baltimore, Maryland, 1972. Переводы на русский язык: О. Стэплдон «Создатель звёзд» (1996, 1999, 2004, 2005, подробнее см. на сайте «Лаборатория фантастики»)

Оригинал на сайте Роберта А. Фрейтаса-мл.: http://www.xenology.info/Papers/ETZoology1981.htm
Авторское право: Robert A. Freitas-jr., переведено с разрешения автора.

Перевод: Павел Волков, 2024 г.