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

Однозначного ответа на этот сложный вопрос нет. Но я выдвину довольно парадоксальную гипотезу о том, что своим успехом они обязаны именно простой структуре и малому размеру мозга. Чем крупнее мозг, тем больше возникает сложных инженерных задач. Вспомним о важной для последних десятилетий задаче ускорения работы процессоров – сначала в компьютерах, а теперь и в телефонах и часах. Мало что вызывает такое раздражение, как старый медленный компьютер, который не справляется с вашими программами, а иногда даже с простым набором текста. Хотя мозг не компьютер, существует реальная и хорошо изученная инженерная проблема, связанная с увеличением мозга и аналогичная проблеме ускорения процессора17. Дело в том, что ответвления нервных клеток – аксоны и дендриты, то есть «биологические провода» мозга, – проводят электричество не как металлические провода. Сигналы, или потенциалы действия, передаются по ним в миллионы раз медленнее. Скорость зависит от многих факторов, два из которых я уже упоминал: это температура (теплокровным быть выгоднее) и миелиновая изоляция. Еще один ключевой фактор – диаметр аксона. Как правило, чем тоньше волокно, тем медленнее передается сигнал, и наоборот.

Давайте посмотрим, что происходит при увеличении площади неокортекса, как это случилось в ходе эволюции млекопитающих. По мере появления новых зон различные области отдаляются друг от друга. Чтобы скорость обработки сигнала не падала, диаметр аксонов должен расти вместе с увеличением их длины. Но если аксоны становятся толще, мозг тоже увеличивается, а структуры еще больше отдаляются друг от друга, то есть проблема усугубляется. Разумеется, проблему можно решить не только увеличением диаметра аксонов. Как и в случае с компьютерами, можно обрабатывать сигналы параллельно или сосредоточить решение отдельных задач в одной выделенной области мозга, а не задействовать распределенные структуры. Однако крупный мозг все равно расплачивается за размеры падением скорости и эффективности передачи сигнала. А вот крошечные землеройки с их крошечным мозгом и сетью прилегающих друг к другу крошечных кортикальных зон этим «налогом» не обременены, а прибыль вкладывают в скорость и ловкость.

Пища для размышлений

Думаю, теперь вы понимаете, почему я считаю землероек загадочными и недооцененными млекопитающими. Что, если так же недооценены ранние млекопитающие юрского периода? Напомню, что, согласно ископаемым находкам11, 15, первые млекопитающие, так называемые синапсиды, были маленькими (как землеройки), питались в основном насекомыми (как землеройки), полагались на осязание и обоняние (как землеройки) и обладали маленьким мозгом с небольшой долей неокортекса (как землеройки). Тут вроде бы все ясно.

В этом сравнении можно пойти и дальше. Можно предположить, что, как и землеройки, первые млекопитающие были довольно примитивными и пугливыми созданиями, выходившими из укрытий только в темноте, чтобы осторожно поискать вокруг спящих динозавров объедки и насекомых. Если следовать этой логике, мелкие млекопитающие юрского периода не занимали важного места в экосистеме и находились под постоянной угрозой быть съеденными гигантскими зубастыми хищниками. Это кажется настолько очевидным, что даже я начинаю склоняться к такой мысли, когда читаю подобные рассуждения. Но затем я вспоминаю о своих полевых наблюдениях и прихожу в себя. Если древние млекопитающие были похожи на современных землероек и внешним видом, и повадками, их крошечный неокортекс едва ли беспокоился о динозаврах.

Объясню на примере из личного опыта. В нашей лаборатории мы работаем с аллигаторами, крокодилами, электрическими угрями, змеями, черепахами, пауками-птицеедами, осами, кротами, хорьками и множеством других видов. Мы с моей женой Лиз гордимся тем, что можем найти и поймать почти любое из этих животных (кстати, Лиз специализируется на водяных бурозубках). Обыграл нас только один зверек: масковая бурозубка (Sorex cinereus). Чтобы вырастить их колонию, нам нужно было поймать самку и самца. Мы потратили уйму времени и сил, но нам так и не удалось заполучить обоих в одно лето. В конце концов мы посвятили целое лето исключительно охоте на масковых бурозубок, разъезжая с полевыми экспедициями из штата в штат. Иногда нас даже сопровождали другие специалисты по землеройкам. Но все эти титанические усилия оказались тщетными. Я травмировал колено, Лиз заболела, и мы вернулись домой ни с чем. А ведь я – примат с большим неокортексом, отличным бинокулярным зрением, доступом к накопленным знаниям о повадках землероек, способностью использовать речь для организации коллективной охоты и целым арсеналом всяких сложных устройств: фонариков, GPS-навигаторов, средств радиосвязи и сотен металлических ловушек. И все же, несмотря на огромные популяции масковых бурозубок на обследованных территориях (что мы знаем из исследований с использованием почвенных ловушек), мы потерпели неудачу.

Вы могли бы предположить, что наша неудача связана с ночным образом жизни землероек (что верно и для предков современных млекопитающих). Такое предположение неизменно забавляет любого ученого, имеющего за плечами большой опыт полевой работы с землеройками. Особей большинства видов мы ловим и ночью, и днем, что полностью согласуется с частотой приема пищи у землероек и данными об их активности18–19, 2. Справедливости ради, существует более трехсот видов землероек, и у некоторых из них пик активности действительно приходится на ночное время. Но даже эти виды игнорируют биологические часы, когда голодны. И все же увидеть землеройку в дикой природе практически невозможно. Млекопитающим вроде землероек, обитающим под покровом растительности, нет нужды вести ночной образ жизни, чтобы не быть замеченными. Иными словами, вы можете оказаться в солнечный день в самом сердце леса, кишащего сотнями активных мелких млекопитающих, и не увидеть ни одного зверька. И даже если вам посчастливится заметить землеройку, поймать ее вы вряд ли сможете. И динозавры тоже не могли.

Возможно, мы никогда не узнаем о повадках млекопитающих юрского периода, но я сомневаюсь, что эти животные были примитивной моделью «Форда Т», какими их часто представляют. Теплокровность и компактные сети кортикальных зон могли сделать их настоящими «Феррари» своего времени. И если так, то нет ничего удивительного в том, что именно они оказались лучше подготовлены к взрывной эволюционной радиации новых и более крупных форм, чем эти несуразные динозавры.

6

500 Вольт – и я весь твой

Самое удивительное в электрическом угре – то, что он вообще существует. Представьте себе альтернативную реальность, в которой такого животного на Земле нет и я пытаюсь доказать вам, что теоретически в процессе эволюции оно могло бы появиться. «Нет, серьезно, – говорю я. – Его тело состояло бы из тысяч модифицированных мышечных волокон, которые не сокращались бы, а генерировали электричество. Эти волокна были бы выстроены в