Зачем живые любят друг друга

К читателям «Сноба»:

На дворе конец марта 2022, у меня за окном подмосковные елки. Кажется, время и место, чтобы затевать что-то новое, да еще и с прицелом на будущее, выбраны крайне неудачно. С другой стороны, расскажите об этом тем, кто затеял что-то новое пару-тройку месяцев назад.

С 2012 по 2020 год я опубликовал в «Снобе» несколько сотен научно-популярных заметок общим объемом около 60 авторских листов — тянет на хороший пятитомник. В какой-то момент мне показалось разумным разобрать это, с позволения сказать, наследие, чтобы внукам было что почитать перед сном. А потом я подумал, что можно было бы написать и поинтереснее. Более связно. Так, чтобы из россыпи забавных фактов сложилась общая картина. В итоге на месте разрозненных научно-популярных заметок про биологию стал вырисовываться некий цикл, или даже книжка — тоже про биологию, но объединенная сквозной темой. Выбор темы продиктован двумя соображениями: во-первых, это должно быть нечто, привлекающее внимание даже не слишком любознательных читателей. Во-вторых, в этой теме должны сходиться самые увлекательные проблемы современной биологии. Что значит “увлекательные”? Ну как минимум увлекающие лично меня.

Так было принято решение написать кое-что о сексе.

Часть первая. Двойная цена

Глава первая, в которой читатель встретит стадо несуществующих слонов

Историю о половом размножении вполне естественно начать с размножения как такового — главного свойства жизни, — но тут мы рискуем впасть в соблазн долго-долго разжевывать самоочевидные истины. В итоге вместо того, чтобы восхищаться автором за систематизм его мышления, читатель уйдет по своим делам. Поэтому начнем сразу с Чарльза Дарвина, раз уж именно с него фактически началась история биологии как научной дисциплины. Чарльзу Дарвину мы обязаны открытием естественного отбора, а уж отбору в свою очередь — всем разнообразием жизни на планете, включая автора этой истории и его внимательного, неторопливого читателя.

Рассказ о дарвиновской идее эволюции нередко начинают с галапагосских вьюрков: британский естествоиспытатель якобы пристально разглядывал их клювы во время своего путешествия на корабле «Бигль», и эти вьюрки оказали на него такое же просветляющее действие, как легендарное яблоко — на Исаака Ньютона.

Можно понять тех далеких от биологии читателей, кто полагает, что нет на свете ничего скучнее галапагосских вьюрков и их крючковатых клювов. Несложно понять и тех биологов, кого возмущает подобное равнодушие к птичкам. К счастью, нам пока можно обойтись без вьюрков. Вероятно, путь Чарльза Дарвина к фундаментальной идее эволюции все же начался не столько с частных примеров различных адаптаций, сколько с другой общей биологической концепции. А именно как раз с размножения.

Известно, что по возвращении в Англию Дарвин внимательно ознакомился с «Очерком о законе народонаселения» Томаса Мальтуса. Идеи Мальтуса можно приблизительно суммировать следующим образом:

1. При наличии доступных ресурсов все живое — хотя Мальтус говорил только о человеческом обществе — неограниченно размножается по экспоненциальному закону: прирост пропорционален численности.
2. Этот рост ограничен конечностью ресурсов, за которые начинает конкурировать растущее население. Мальтус употребил здесь термин «борьба за существование». На практике такая «борьба» означает для людей всевозможные бедствия: нищету, голод, эпидемии и войны. Этот неприятный вывод обычно и имеют в виду, когда говорят о «мальтузианстве», но обратим внимание на то, что идея Мальтуса была чуть шире банального тезиса «все очень плохо и станет еще хуже». Он был серьезным ученым, а не болтуном.

О том, что такое «экспоненциальный рост», многие знают на примере бородатой арифметической притчи об изобретателе шахмат. Этот мудрый восточный человек якобы попросил своего правителя вознаградить его за такую прекрасную игру, положив на первую клетку шахматной доски одно рисовое зерно, на вторую два, на третью четыре и так далее — на каждой следующей клетке число зерен удваивалось. Глупого правителя ждал горький облом, потому что на последнюю клетку ему пришлось бы положить около полутриллиона тонн риса — это примерно столько, сколько произвела планета за все время с момента изобретения шахмат до наших дней (или в тысячу раз больше, чем мировое производство риса в 2021 году).

На примере этой задачки-притчи детям объясняют страшную силу экспоненциального роста: когда что-то спокойненько себе удваивается через равные промежутки времени, так и жди беды, потому что и глазом моргнуть не успеешь, как оно начнет расти катастрофически быстро.

Собственно, для экспоненциального роста величине даже не нужно непременно удваиваться. Давайте слегка модифицируем шахматную притчу: на первую клетку положим рисовое зернышко, на вторую — рисовое зернышко и еще 1/33 его часть, и так далее. Количество риса теперь будет прирастать каждый раз всего на 3%, как на некоторых банковских депозитах. Однако и в этом случае катастрофа столь же неминуема, просто ждать ее придется чуть дольше. В случае шахматной доски при трехпроцентном приросте те же полтриллиона тонн риса получатся, если вместо обычной доски 8х8 взять доску чуть побольше — 40х40 клеток.

Таким образом, дело не в удвоении: ситуация непременно пойдет вразнос, если прирост какой-то величины пропорционален самой этой величине. Это и есть строгое определение экспоненциального роста. И именно по такому закону размножается все живое: чем этого живого больше, тем больше у него рождается детишек.

Самый ошеломляющий пример мощи экспоненциального размножения дают бактерии. Возьмем, к примеру, микроба, который делится раз в 15 минут (именно с такой скоростью способен размножаться самый многочисленный обитатель вашего кишечника — кишечная палочка, — если посадить его в колбу со свежей питательной средой и взбалтывать, чтобы ему легко дышалось). Если бы бактерия могла поддерживать такой темп, суммарная ее масса уже на вторые сутки превзошла бы массу нашей планеты. На что похожа такая гора кишечной палочки? Яркий зрительный образ несложно сформировать, если вспомнить, что этот почтенный микроб составляет значительную долю массы человеческих фекалий.

Лавинообразный рост микробов способен поразить даже самое косное воображение. Наверное, именно поэтому некоторые противники дарвинизма — а таких до сих пор немало, даже и среди сравнительно образованных людей — готовы признать, что в огромных массах размножающихся бактерий могут происходить всякие чудеса, вплоть до направленной эволюции. Но ясное дело, что все это не может относиться к нормальным живым существам — людям, медведям или слонам, которые никого не шокируют темпами своего размножения, а просто живут и плодятся помаленьку, как могут. Их, понятное дело, Бог создал сразу готовыми.

Хорошо, давайте посмотрим, как обстоят дела на этом конце шкалы — слоны так слоны. Возьмем типичную пару слонов. Слониха начинает рожать примерно в возрасте 10 лет, и за следующие 40 лет своей жизни способна принести 10 слонят. Из этих слонят пятеро — слонихи, и они тоже в свой срок дадут потомство. Простой расчет показывает, что не пройдет и 500 лет, как суммарное потомство одной пары слонов должно перевалить за миллион. Но столько слонов на Земле нет и никогда не было: более того, их популяция вообще не растет. А значит, этот волшебный сценарий никогда не реализуется. Из миллиона наших воображаемых слонов сей скорбный мир посетят только два. Какие именно два? Те, которых природа выберет из целого миллиона нерожденных. Если выбор этот хоть чуть-чуть неслучаен, концепция эволюции путем естественного отбора приобретает живой и наглядный смысл. 999 998 нерожденных слонов — колоссальный капитал, которым природа может, если ей заблагорассудится, оплатить некоторые улучшения у тех слонов, которые выживут.

Видимо, примерно это и вычитал у Мальтуса Дарвин. Вот как он описывает это в своей «Автобиографии»:

«В октябре 1838 года, то есть через пятнадцать месяцев после того, как я начал свое систематическое исследование, мне случилось для забавы прочесть Мальтуса „О народонаселении”, и поскольку своими долгими наблюдениями за животными и растениями я был вполне подготовлен к тому, чтобы оценить идею „борьбы за существование“, продолжающейся повсюду, мне сразу стало ясно, что при таких обстоятельствах благоприятные вариации будут иметь тенденцию сохраняться, а неблагоприятные — уничтожаться. Результатом этого будет образование новых видов».

Да, в печатной литературе XIX века было принято выражаться вот настолько витиевато и сложносочиненно. В своем дневнике в записи от 28 сентября 1938 года Дарвин сказал то же самое куда более образно и ярко: «Можно сказать, что существует сила, подобная сотне тысяч клиньев, которые вбивают всевозможные адаптации в каждый зазор экономики природы — или, скорее, сами создают такие зазоры, выдавливая слабейших» (One may say there is a force like a hundred thousand wedges trying to force every kind of adapted structure into the gaps in the oeconomy of nature, or rather forming gaps by thrusting out weaker ones. Цитата по: Charles Darwin's Debt to Malthus and Edward Blyth JOEL S. SCHWARTZ).

Если вашу фантазию пробудило миллионное стадо несуществующих слонов, промелькнувших на горизонте повествования, возможно, идеи Дарвина больше не будут казаться вам такой уж нелепой натяжкой. Все пароксизмы человеческого невежества вроде креационизма и тому подобной мути происходят, видимо, только от недостатка воображения. 

Тут, наверное, можно сделать небольшое отступление, раз уж мы никуда не спешим. Недостаток воображения действительно часто мешает пониманию научных теорий, но само по себе воображение не решило еще ни одну проблему. Так и со слонами. Выше мы обмолвились, что идея эволюции путем естественного отбора обретает плоть и кровь, если выбор двух выживших слонов из миллиона хотя бы отчасти не случаен, то есть зависит от признаков, способных эволюционировать. Но кто вообще сказал, что он не случаен? Роль слепого случая в жизни слонов исследована зоологами из рук вон плохо, да и вряд ли такое вообще можно исследовать. Между тем еще в 1930-х американский генетик Сьюэл Грин Райт выдвинул идею «дрейфа генов». Согласно его выкладкам, некоторые наследуемые признаки — в случае слонов, наверное, это мог бы быть размер ушей или форма кисточки на хвосте — могут меняться от поколения к поколению вовсе не по воле отбора, а совершенно случайным образом. Что касается кисточки, вообще непонятно, какое именно эволюционное преимущество она могла бы давать. Однако Райт показал, что даже довольно вредные мутации могут распространиться, а полезные признаки — исчезнуть, если размер популяции невелик. Случайности рождений и смертей оказываются сильнее, чем пусть и систематическое, но не слишком большое преимущество, даваемое (в нашем случае — слону, а в опытах Райта — мушке-дрозофиле) тем или иным наследуемым признаком.

Позже, в 1960-х, на основе идей Райта японский генетик Мотоо Кимура разработал концепцию «нейтральной эволюции», и тут уже недостаток воображения подвел многих биологов-эволюционистов: они восприняли идею «эволюции вопреки отбору» весьма скептически. Между тем, как выяснилось впоследствии, «райтовский режим» эволюции нисколько не противоречит дарвинизму. Более того, сейчас многим эволюционистам кажется, что только благодаря взаимодействию отбора и дрейфа жизнь на Земле оказалась способной породить сложные формы. Эти идеи, по-видимому, имеют самое прямое отношение к теме секса, и нам еще придется к ним вернуться. 

Но сейчас не время углубляться в дебри эволюционной теории — мы все-таки едва-едва покончили с первой главой. Пока в сухом остатке повествования лишь огромная сила экспоненциального закона размножения и таящиеся в ней возможности.

Продолжение: Глава вторая, в которой слоны действуют нелогично, а улитки — предсказуемо