Текст: ГодЛитературы.РФ
Как отличить живое от неживого? На первый взгляд, это вопрос для ясельной группы; однако ученые и философы до сих пор не могут найти на него вменяемый ответ: слишком уж много нюансов. Взять хотя бы вирусы, тот же COVID-19 — он живой? А сорванное с дерева яблоко? А не сорванное? А что насчет оплодотворенной яйцеклетки? Или вот такая задачка: если мозг человека умер, но тело функционирует — пациент скорее жив или скорее мертв? Собственно, даже о том, как зародилась жизнь на Земле, мы знаем до смешного мало — а потому вряд ли можем догадываться, какой она может оказаться в других уголках вселенной.
"Мы скорее чувствуем, ощущаем нашу собственную жизнь, нежели понимаем ее головой, —пишет в самом начале своей книги популяризатор науки Карл Циммер. — Мы также знаем, что другие существа, например змеи и деревья, тоже живые, хотя и не можем у них об этом спросить. Здесь мы скорее полагаемся на видимые признаки, общие для всех живых существ. Я сделал обзор этих признаков с учетом тех созданий, что демонстрируют их в самых ярких, самых радикальных проявлениях. В конце концов странствия привели меня к краю живого, в туманное пограничье между живым и неживым...". Приглашаем и вас в это увлекательное путешествие.
Живое и неживое: В поисках определения жизни. Карл Циммер — Пер. с англ. Марии Елифёровой — М.: Альпина нон-фикшн, 2022. — 370 с.
КОПИРОВАТЬ / ВСТАВИТЬ
Однажды ранней весной я отправился в Нью-Лондон, штат Коннектикут, чтобы посмотреть, как одно из деревьев готовится к «производству» новых. Выехав по Уильямс-стрит из города под эстакадами на северной его окраине, я оказался в заповедной роще эндемичных для Новой Англии деревьев и кустарников; она занимала 8 га. Официальное название рощи — Дендрарий Коннектикутского колледжа, но здесь все называли ее просто Арбо (Название рощи на языке оригинала — Connecticut College Arboretum. — Прим. ред). У входа в Арбо меня ждала ботаник Рейчел Спайсер, к ее рюкзаку был прицеплен бурав. Она всегда брала его с собой, когда ей представлялся случай оказаться среди деревьев, — а вдруг попадется то самое, которое понадобится высверлить. «Это мое самое любимое занятие на свете», — сказала Рейчел.
Мы прошли по Лавровой аллее и миновали лесоведа, лихорадочно готовившегося к экзамену. Он уставился на крону вашингтонского боярышника, сверился с определением вида в мобильном приложении, посмотрел на нас и беспомощно помотал головой. По усыпанным щепой дорожкам мы двинулись дальше, мимо американских буков и восточной ирги.
«Иногда мне кажется, что меня и задумали для того, чтобы я изучала деревья», — сказала Спайсер. Отец научил ее различать виды в лесах Массачусетса, где она выросла, а затем Рейчел поступила в аспирантуру по ботанике, где изучала красные клены Новой Англии и псевдотсуги Орегона. Получив в 2010 г. должность доцента в Коннектикутском колледже, она организовала лабораторию, где можно было изучать деревья в микромасштабе, выращивая в чашках Петри черенки тополей и исследуя гены, включающиеся и выключающиеся в их клетках. Это была увлекательная работа, но порой лаборатория надоедала Спайсер до чертиков. Когда я спросил, можно ли с ней пообщаться, она обрадовалась возможности перейти на другую сторону Уильямс-стрит и провести со своим буравчиком день среди настоящих деревьев.
Мы спустились по отлогим садам к полоске низинного болота и остановились перед красным кленом. Он стоял там, напоминая кривой телеграфный столб, его крона была высокой и узкой, так как ему десятилетиями приходилось конкурировать за свет с соседними деревьями. Из нижней части ствола клена выросло несколько непутевых веток, сейчас скрученных и склонившихся к земле. Ветви дерева уже полгода как облетели, и сейчас трудно было понять, живо ли оно вообще. Я подумал о прошлом лете и попытался представить себе клен в буйстве зеленого хлорофилла, вообразить, как его листья улавливают солнечный свет для запуска молекулярной машины, запасающей энергию. Я мысленно долистал воображаемый календарь до осени, до той поры, когда хлорофилл в листве распадается и зеленый цвет уступает место красному.
«Он распадается вовсе не от времени и холода, — сказала Спайсер. — Он специально расщепляется. Потому что он само совершенство».
Исследовательница пояснила, что каждая молекула хлорофилла содержит четыре атома азота. Если бы клен в Арбо просто сбрасывал листья осенью, весной ему потребовались бы неподъемные усилия, чтобы заново собрать из почвы азот, который пришлось бы накачивать от корней к ветвям. Поэтому осенней порой дерево старательно занималось разборкой хлорофилла на молекулярные компоненты, которые затем отправляло из листьев в ветки по миниатюрным туннельчикам. Зимой эти компоненты пребывали там на хранении, а с приходом весны готовы были быстро хлынуть обратно в листья и заново собраться в хлорофилл.
Это изящная, но непростая стратегия. Летом толстый слой хлорофилла в листьях клена выполняет две задачи: производит пищу и служит для защиты от солнца. Он оберегает белки и гены от повреждений, вызываемых залетными фотонами высоких энергий. Как только наступает осень и листья начинают расщеплять свой хлорофилл, они сразу становятся уязвимыми.
Клен защищает себя самым красивым способом, на какой только способен: он вырабатывает в листьях красный пигмент — антоциан. Осенняя окраска оберегает листья от вредного солнечного излучения в те несколько недель, которые требуются, чтобы переправить хлорофилл на зимний склад. Лишь после этого клен отделяет листья и роняет их на землю.
Сейчас, ранней весной, ветви казались мне мертвыми. Но дерево жило внутренней жизнью, готовясь к грядущему. Спайсер ухватила одну из нижних веток и подтянула ее поближе, чтобы показать мне. Она указала на набухшие повсюду красноватые почки. Осенью, после того как опали листья, на ветках сформировались почечные чешуи с толстым наружным слоем, богатым антоцианом, защищающим от зимнего солнца. Почки выстроили такую оборону, чтобы уберечь хрупкие новые клетки. Эти клетки полны скрытой силы: они могут стать любой из тканей, которые дерево образует весной. Рейчел поддела ногтем почечную чешуйку и вскрыла почку. Я разглядел в ней крошечные изогнутые полосочки. Некоторые из них в конечном итоге дадут этому клену шанс на вечность.
«Там внутри заготовлены цветы», — сказала Спайсер.
Возвращаясь из Арбо, я поглядывал на километры кленов вдоль шоссе. В предыдущие годы я не особенно обращал на них внимание ранней весной. Но теперь я не мог не замечать окутывавшей их кроны тонкой красноватой дымки — совокупности тысяч почек, скрывавших в себе будущие цветы. Она походила на завесу кровавой мари. Каждое из этих деревьев возникло из такой же красноватой дымки на таком же дереве десятилетия назад. У каждого были предки, как и у нас, как и у каждого живого существа на Земле.
Рассуждая о приметах жизни, размножение пропустить столь же трудно, как крики роженицы. Люди производят на свет людей, клены производят клены, слизевики — слизевиков. Суть размножения у всех видов едина: производство новых организмов, несущих копии генов их предшественников. Особенности человеческого размножения — то, как клетки копируют ДНК при делении, как у яйцеклеток и сперматозоидов оказывается только половинный набор, как они соединяются при оплодотворении, как зародыш развивается в матке, — знакомы нам лучше всего. Но не стоит чрезмерно обобщать опыт нашего вида.
Что верно для человека, в целом верно и для любого другого млекопитающего, например северной ночницы. Женские особи обоих видов обладают маткой и производят живых детенышей, питающихся молоком. Но то, что истинно для нас, уже не столь истинно для питона, который вылупляется из яйца, и уж тем более — для слизевика вроде Physarum polycephalum.
Один из способов размножения слизевиков — образование спор, которые могут распространяться с помощью ветра или воды. Если споры физарума приземлятся в благоприятном месте, они лопнут и из них расползутся клетки. Специалисты по слизевикам называют эти клетки амебами. Подобно нашим яйцеклеткам и сперматозоидам, каждая амеба содержит лишь половинный набор хромосом. Но, несмотря на эту половинчатость, она способна жить самостоятельно. Амебы ползают по лесной подстилке, разрушая и поедая попавшиеся им на пути бактерии. Если одна клетка физарума встречает другую, они могут слиться в андерграундной версии оплодотворения и породить слизевиковую версию эмбриона.
Амебы слизевиков не являются ни мужскими, ни женскими клетками, но у них есть собственная причудливая форма секса. Встретившись, две амебы исследуют белки на поверхности друг друга. В зависимости от того, какие варианты этих белков имеются у слизевиков, они могут принадлежать к одному из нескольких сотен различных половых типов. Если две амебы различаются по этим типам, то они способны слиться. Их хромосомы объединяются в полный набор, а образовавшаяся единая клетка становится чем-то вроде зародыша слизевика. Она начинает отращивать щупальца, производя новые копии хромосом, которые наводняют единственную гигантскую клетку.
Физаруму присущи и еще более странные способы размножения. Например, он способен обойтись без половой стадии — просто высохнуть и образовать склероций. Если его частицы разлетятся по ветру и прорастут где-то в другом месте, из материнской сети может получиться множество дочерних. Можно считать, что новые слизевики — генетически тождественное потомство или же что это одна гигантская сеть с большими дырами. Слизевика не интересуют подобные словесные игры. Он просто продолжает искать пропитание.
Экзотическая половая жизнь слизевиков по большей части невидима нам и понятна лишь ученым, посвятившим свою жизнь этой тематике. Клены же, напротив, размножаются на просторе под ясным небом. После прогулки с Рейчел Спайсер по Арбо я несколько недель пристально наблюдал за кленами в своей округе. В дальнем углу нашего двора высится красный клен, есть у нас и несколько кленов пониже — остролистных и серебристых. В засоленных болотах за пределами моего города, вдоль улиц, на склонах холмов, на пустырях — всюду новые клены щедро дают нескончаемое потомство. Весна шла своим чередом, и я наблюдал, как у представителей нескольких видов клена, одного за другим, лопались почки и раскрывались варианты цветков — бледно-зеленых или же темно-красных. Деревья расцветали до того, как выпускали листочки; они формировали цветки лишь из тех ингредиентов, что были запасены в их ветках с прошлой осени.
Аналогично многим другим растениям, клены дают цветки, которые ботаники именуют мужскими и женскими. Впрочем, к деревьям эти термины применимы условно, так как размножение растений весьма отличается от нашего. Красный клен может в один год дать мужские цветки, на следующий год переключиться на женские, а на третий выпустить разом и мужские, и женские. Ботаники называют цветки клена именно так потому, что каждый тип цветка производит половые клетки, подчиняющиеся отчасти тем же правилам, что яйцеклетки и сперматозоиды. Подобно тому как мужчины производят мелкие сперматозоиды, мужские цветки образуют мелкие пыльцевые зерна; женщины производят яйцеклетки, а женские цветки — семяпочки, которые после опыления станут семенами.
Чтобы заняться сексом, людям надо встретиться, а кленам для соединения половых клеток нужен ветер. Деревья способны выдерживать ураганы, но при этом, чтобы сбить с цветков пыльцу, достаточно даже легкого ветерка. Большинство пыльцевых зерен попадет на землю или на неподходящее дерево. Даже если пыльца окажется на другом красном клене, она чаще всего прилипнет к коре или ветке. Лишь ничтожной доле пыльцевых зерен повезет добраться до женского цветка.
Цветок подхватывает пыльцу липкими волосками, и от пылинки вырастает трубка, ведущая с поверхности вглубь. Пыльцевое зерно втягивается в эту трубку, пока не дойдет до семязачатка. Слившись, пыльцевое зерно и семязачаток образуют новый геном, который будет храниться в виде нового семечка.
Я не мог непосредственно наблюдать сами эти оплодотворения, но видел их результат: женские цветки клена опадали, и на их месте оставались толстенькие красные образования, похожие на рога импалы. Они называются крылатками; в основании у каждой находится пара семечек. Рожки на крылатках поначалу росли в длину, а затем уплощались. Они принимали форму изогнутых лопастей, их поверхность начинала походить на плотную бумагу. Когда такая крылатка отламывается от веточки, то она не столько падает, сколько летит.
Геометрия лопастей крылатки в общих чертах та же, что у крыльев животных, и служит той же цели: использовать окружающий воздух для полета. Но летучая мышь отращивает крылья, чтобы ловить добычу и подыскивать места для спячки, а клен отращивает крылья, чтобы распространять семена. Семечки в основании крылатки довольно тяжелые и тянут вниз, создавая восходящий поток воздуха вдоль «бумажной» лопасти. Крылатка вращается, подобно винту вертолета, и таким образом создается подъемная сила. Кленовое семя остается в воздухе долгое время, благодаря этому оно способно улететь на десятки метров от родительского дерева, прежде чем упадет на землю.
Каждому из наших кленов понадобилось лишь несколько дней, чтобы сбросить все крылатки. В урожайный год с одного дерева может выпасть семенной дождь в 100 000 крылаток, а с одного акра* (0,4 га — Прим. пер.) кленового леса — до 8 млн. Это грандиозный подвиг размножения. Но это и грандиозное расточительство. Половина крылаток пуста, там нет семян. Значительная доля семян в остальных крылатках совершает самоубийство. Ученые еще не понимают эволюционного смысла этих мертвых или полых оболочек. Возможно, деревья производят пустые крылатки в качестве обманок, чтобы заставить белок и птиц напрасно потратить время и таким образом дать своим семенам больше шансов прорасти. Возможно, семена совершают самоубийство, если они несут неблагоприятные комбинации генов, которые не дадут им стать здоровыми деревьями.
В конечном итоге лишь небольшая доля опавших крылаток сумеет прорасти. Но даже после такого прореживания у деревьев остается несообразно многочисленное потомство — порой десятки жизнеспособных семян на каждый квадратный метр под ними. Им нужно совсем немного света и даже не так уж много почвы, чтобы пустить корни и дать ростки.
Весна набирала ход, и крылатки усеяли траву. Мой участок расположен на половине акра розового гранита, поросшего зеленью со множеством проплешин, где обнажается древняя вулканическая порода. Освоившие эти камни клены-пионеры разворачивали листочки размером с ноготок. Я взбирался по приставной лестнице и выгребал горстями крылатки из водосточного желоба. Мне даже там попадались проростки — они словно вознамерились положить начало висячему лесу.
Наступило лето, и мы с женой решили прокатиться по лесам у нас за городом. Как-то мы проезжали кленовую рощу, где земля утопала в зеленом озерце сеянцев высотой по колено. Лишь немногие клены-подростки возвышались над ними. Еще меньше взрослых кленов тянулось к свету. И совсем мало было старых деревьев, которые вздымались выше всех, раскинув ветви и образуя полог.
Там мы воочию узрели истинные шансы клена на выживание. В отличие от других примет жизни, с размножением дела обстоят не так просто. Все живое усваивает пищу, принимает решения, позволяющие лучше приспособиться, и поддерживает в себе гомеостаз. Иначе — смерть. И все живое — продукт размножения, но не каждому гарантировано потомство. Если клен проживет свой полный жизненный срок — для одних видов это немногим более ста лет, для других триста, он сможет произвести миллионы летучих семян. Но лишь некоторые из них сумеют впоследствии высотой догнать родителя. И это слепое соревнование идет из поколения в поколение. Клену, скажем, удастся успешно передать свои гены потомству, а оно потом все погибнет от корневой гнили.
У нынешних кленов, осыпающих нас крылатками, древняя родословная. Эти деревья появились более 60 млн лет назад, вскоре после того, как врезавшийся в Землю астероид уничтожил гигантских динозавров. Прародина кленов — Восточная Азия, где все еще растут такие виды, как клен японский и клен раздельный. Около 30 млн лет назад клены распространили свои крылатки в Северную Америку. Они продолжали видоизменяться, наращивая свое разнообразие. Клен красный и клен серебристый, ныне растущие бок о бок в наших садах, — дальние родичи, они произошли от общего предка 10 млн лет назад. Эти величественные деревья — результат тонких линий успеха на огромном поле репродуктивных неудач.
Более того, как раз взаимосвязь успехов и неудач размножения кленов и породила все эти удивительные адаптации — их точное календарное чутье, их защиту от солнечной радиации, их живые вертолетики. Она породила и все их разнообразие — общим счетом 152 вида кленов. На череде взлетов и провалов живого по части производства собственных копий базируется самая значительная из всех примета жизни — эволюция.