Достаточно посмотреть на любое насекомое под большим увеличением, чтобы убедиться, что в соответствующем масштабе это не животное, а железный робот-убийца (загуглите изображение муравья или даже мухи под микроскопом). Если на улицы, построенные позвоночными для позвоночных, вдруг запустить муравьев размером с автомобиль, то зомби-апокалипсис этим позвоночным покажется игрой в пятнашки. Именно в изменении масштаба заключен ключ к нашему эволюционному выживанию. Наши огромные размеры – это единственное, что позволило нам преуспеть в мире, который был и остается империей насекомых.
КСТАТИ
Примеров позвоночных, питающихся беспозвоночными, несметное множество, несмотря на то что позвоночные всего лишь одна из ветвей животного царства, а беспозвоночные – это все остальные. Обратных примеров – беспозвоночных, питающихся позвоночными, – гораздо меньше.
В воде весовое преимущество позвоночных менее выражено, поэтому черви, охотящиеся на мелких рыбешек, или осьминог, скручивающий акулу, – не такая большая редкость. Личинки стрекоз, хорошо известные в этой необычной роли, тоже в основном охотятся в воде, хотя иногда вылезают на поверхность и прыгают на взрослых лягушек24. Но в целом на суше беспозвоночные сильно уступают позвоночным. Например, тот же осьминог, который в воде может сравниться с крупными рыбами, на суше превращается в бесполезную желеобразную массу. Чтобы посягнуть на позвоночное за пределами океана, нужно обладать скелетом и достаточными размерами, поэтому почти все беспозвоночные, которым это удается, – крупные членистоногие, зачастую ядовитые25. Можно упомянуть богомолов, которые, бывает, ловят не просто какую– нибудь там древесную лягушку, а взрослых птиц-колибри26, и сколопендр – дальних родственников насекомых, хищных многоножек, некоторые из которых охотятся аж на летучих мышей27. Однако самая насыщенная убийцами позвоночных группа беспозвоночных – это паукообразные. Если вспомнить скорпионов, пауков-птицеедов, сольпуг, способных откусить человеку чуть ли не полруки, то нет ничего удивительного в том, что боязнь пауков составляет особую категорию человеческих страхов. Впрочем, надо отметить, что подавляющее большинство пауков для нас совершенно не опасны. Это умные и чуткие создания, чье поведение под стать душкам– млекопитающим, брачные ритуалы в своей красоте уступают только птичьим, и даже их знаменитое орудие, паутина – смесь капкана и барабанной перепонки, – идея жутковатая, но, согласитесь, стильная.
Увеличение в размерах – дело непростое. Гравитация, удивительная и во многом до сих пор таинственная физическая сила, зависит от массы притягиваемых объектов, то есть от количества вещества. Ее невозможно обмануть. Объект, к которому притягиваются наши тела, – планета Земля – как бы знает на расстоянии, сколько именно протонов, нейтронов и электронов в этих телах содержится, и тянет каждый из них с четко установленной силой в четко установленном направлении, которое мы называем «вниз». Животное, в котором в два раза больше вещества, будет притягиваться к земле ровно в два раза сильнее.
Далеко не все в организме подчиняется такой простой арифметике. Масса пропорциональна объему, а объем – это произведение трех измерений: длины, ширины и высоты. Чтобы получить животное в два раза тяжелее, в каждом из этих измерений его нужно вытянуть примерно на четверть: если растяжение в трех направлениях перемножить, то как раз и получится двойной объем, а значит, двойной вес. Мышцы и кости, соответственно, точно так же вытянутся на четверть в каждом направлении, а их вес вырастет вдвое. Но сила мышцы и прочность кости определяются не весом, а поперечным сечением, то есть произведением ширины и высоты, которое при увеличении каждой из сторон на четверть вырастет всего лишь на половину с небольшим. Что получается? Увеличивая животное вдвое по массе, мы усиливаем его всего в полтора раза. То есть наше животное при прочих равных теряет четверть силы из расчета на массу. Чем ты крупнее, тем тяжелее тебе противостоять гравитации.
В более широком смысле эта зависимость называется законом квадрата – куба. Смысл его в том, что масса зависит от куба длины, но многие другие свойства объектов зависят от квадрата длины, то есть площади, и изменяются масса и площадь непропорционально.
От площади зависят, например, потери поверхностью тела влаги и тепла, потребление легкими кислорода, прочность костей и многие другие факторы, которые приходится учитывать в эволюционном дизайне животного. Чем животное крупнее, тем меньше у него поверхности из расчета на массу, а это означает, что ему проще сохранять энергию и воду, но тяжелее поддерживать и перемещать собственный вес. Если микроскопические животные могут обходиться мягкими тканями, то на каком-то этапе увеличения условием устойчивости и мобильности становится скелет28.
В мире есть два типа скелетов: внутренний и внешний. Наш скелет внутренний: кости внутри, мышцы снаружи. У насекомых наоборот: мышцы прикреплены изнутри к наружному панцирю из хитина – экзоскелету.
КСТАТИ
Особая категория внутренних скелетов, к которым мышцы не крепятся, – «гидравлические скелеты», заменяющие червям и осьминогам твердые ткани наподобие того, как надувной матрас заменяет кровать.
У экзоскелета есть очевидный плюс: он одновременно работает броней. Наши мягкие ткани никак не защищены от атаки, тогда как пробить панцирь насекомого соразмерному животному очень трудно. Это колоссальное преимущество, в плане защитных свойств сопоставимое разве что с клеточной стенкой растений или грибов. Но это преимущество имеет оборотную сторону: наружный скелет мешает расти. Насекомое должно его сбрасывать каждый раз, когда хочет увеличиться в размерах. Необходимость линьки, или экдизиса, – фундаментальная уязвимость не только насекомых, но и всех членистоногих (включающих насекомых, ракообразных, паукообразных и многоножек), и даже еще более широкой группы, объединяющей их всех с круглыми червями-нематодами29. Эта последняя группа называется Ecdysozoa – как раз по научному названию линьки, то есть сбрасывания панциря-кутикулы, сопровождающегося скачкообразным ростом. Экдизозои представляют собой целое «мини-царство», можно сказать княжество животных, которые составляют львиную долю фауны суши.
Экдизис – это принципиальная вещь, которую мы, позвоночные, не делаем. Как животные на фоне растений и грибов когда-то остались верны «мягким» традициям эукариот, так и мы на фоне гегемонии экдизозой нашли в себе мужество быть мягкотелыми.
У экзоскелета есть еще один недостаток: если его увеличивать, оставляя массу постоянной, то он очень быстро становится бесполезно тонким. Поэтому для поддержания массы, скажем, как у лошади, насекомому потребовался бы скелет совершенно неподъемного веса28. Не слишком понятно, как бы насекомое дорастало до такого веса – ведь при каждой линьке насекомое-лошадь превращалось бы в груду мяса.
Позвоночные с их внутренним скелетом гораздо более уязвимы с наружной стороны, но зато ничто не мешает им непрерывно расти и накапливать вес, не теряя поддержки скелета. В этом и есть наше историческое кредо: если от насекомых нельзя защититься, надо бросить попытки и поставить все на рост.
И все-таки успех позвоночных не всегда был таким очевидным, каким он кажется сейчас. Пусть насекомые физически не способны соперничать с сегодняшними бегемотами и тиграми, но в середине палеозоя насекомые были более крупными и умели летать, а позвоночные – более мелкими и еле вылезали из воды, поэтому теоретически все могло сложиться иначе. Помогло нам еще одно преимущество, которое стало решающим к концу палеозоя: дыхание.
Жабры – орган дыхания преимущественно подводный, легкие – наземный, но, как ни странно, необязательно. Формально говоря, жабры от легких отличаются тем, что легкие – это мешок для кислорода внутри тела, опутанный кровеносными сосудами, а жабры – тот же мешок, только вывернутый наизнанку, так, что сосуды у него внутри, а сам мешок торчит во внешнюю среду28.
Легкие хуже подходят для водной среды, потому что в воде по сравнению с атмосферой мало кислорода. При 15 °C в литре воды его в 28 раз меньше, чем в литре воздуха. Если бы рыбы дышали легкими, то им бы приходилось качать туда-сюда огромные объемы воды и тратить все свои силы на пыхтение. В таких условиях жабры эффективнее: рыба плывет вперед, а вода непрерывно их омывает (это напоминает непрерывное питание червей, впервые открывших прелести двусторонней кишки). В итоге через жабры за единицу времени успевает протечь больше воды, чем через легкие.
На суше же рыбы задыхаются точно так же, как люди под водой. Если вдуматься, то причины этого совсем не очевидны – кислорода же должно быть больше! Проблема в том, что жабры представляют собой гребни из тончайших складок, между которыми обычно протекает насыщенная кислородом вода. Эти складки мягкие и нежные, что помогает лучше впитывать кислород, но на суше, без поддержки воды, они склеиваются, как мокрые волосы. Площадь поверхности падает почти до нуля, и рыба задыхается.
Можно ли теоретически решить эту проблему? Оказывается, можно. Ее решил, например, пальмовый вор, также известный как кокосовый краб: родственник рака-отшельника, живущий на суше и дышащий жабрами. Эти жабры у него элементарно более твердые, что позволяет их поверхностям не склеиваться28. Результат – ни много ни мало самое большое наземное беспозвоночное, бронированное чудище размером с собаку, ужасающее своими размерами, но вообще-то к агрессии совершенно не склонное. (Фотографию пальмового вора рекомендую загуглить, но предупреждаю: зрелище не для слабонервных.)
КСТАТИ
У пальмовых воров – наземные жабры, а у морских огурцов – подводные легкие. Впрочем, огурцы впитывают кислород всей поверхностью тела, так что их легкие просто увеличивают площадь впитывающей поверхности.