Так что в принципе наземные жабры возможны. Но наземные животные, чьи предки рыбы, конечно, дышали жабрами, на каком-то этапе столкнулись с фундаментальной проблемой жизни на суше: высыханием.
В органе дыхания по определению должен осуществляться газообмен, поэтому из него обязательно будет выпариваться и вода. Следовательно, задача животного – получить максимум кислорода при минимальных потерях влаги. Легкие позволяют временно изолировать объем воздуха от окружающей среды и собрать из него кислород, не теряя воду. Вода теряется только при выдохе, тогда как если бы легкие были вывернуты наизнанку, вода бы терялась постоянно.
Этот баланс газообмена и высыхания очень похож на дилемму, которая стоит перед наземным растением. Тому нужно впитать из воздуха максимум углекислого газа и потерять минимум воды. Растение решает проблему, закрывая устьица, что изолирует воздух внутри листа и позволяет собрать из него углекислый газ, не теряя воду. В каком-то смысле растениям тяжелее, чем нам, потому что углекислого газа в атмосфере куда меньше, чем кислорода, так что растению приходится делать больше «вдохов» и терять больше воды.
Строго говоря, вдохом и выдохом газообмен у растения не назвать, потому что эти слова подразумевают движение воздуха, а растение в силу своей неподвижности воздух не качает. Оно просто раскрывает клапаны, которые позволяют воздуху проникнуть внутрь. Интересно, что насекомые, первые животные завоеватели суши, своим уникальным способом дыхания больше всего напоминают именно такой пассивный газообмен растений. Насекомые тоже не качают воздух вдохами и выдохами. Вместо этого их тело пронизано системой полых трубок, или трахей, которые, как листья растений, открываются во внешнюю среду клапанами. Эти трахеи, как воздушные капилляры, напрямую доставляют воздух прямо к органам, густо ветвясь, например, около мышц. «Сосуды» на крыльях насекомых – это тоже трахеи.
И легкие, и жабры работают в сотрудничестве с кровеносной системой (фактически это интерфейсы «кровь – среда»). У человека именно кровеносная система организует доставку кислорода к тканям. Трахеи насекомых же отличаются тем, что отделяют дыхание от крови. У насекомых сосуды распределяют только питательные вещества, а кислород доставляется к тканям по выделенной линии трахей.
С одной стороны, это отличная идея, потому что в газах молекулы двигаются гораздо быстрее, чем в воде, так что при определенных габаритах животного полые трубки снабжают его внутренности кислородом быстрее и эффективнее. Но работает это только при маленьких размерах. Если насекомое сильно увеличить, то кислород не будет успевать поступать в глубину его тканей в достаточном количестве для поддержания их жизнедеятельности.
В этом-то и состоял ответ на хитрый вопрос на экзамене по ЗБП. Гигантские стрекозы карбона могли существовать потому, что в атмосфере было больше кислорода, а значит, верхний предел размеров насекомых был выше30, 31. После карбонового периода уровень кислорода стал убывать, и насекомые уже никогда не вернулись к прежнему гигантизму.
В случае с позвоночными кислород двигается по жидкости, которая активно качается сердцем. Низкая скорость движения кислорода по жидкости компенсируется, во-первых, скоростью движения самой жидкости, то есть высоким кровяным давлением, а во-вторых, красными кровяными тельцами, или эритроцитами. Это клетки-пустышки, забитые до отказа гемоглобином. Как помнит читатель, это красный белок, который связывает кислород. Благодаря гемоглобину в крови в десятки раз больше кислорода, чем в принципе растворимо в воде32.
Самое главное в нашей системе дыхания – то, что она, в лучших традициях царства животных, основана на активном движении. С одной стороны, это активная вентиляция легких вдохами и выдохами, а с другой стороны, активный отвод кислорода от легких кровеносной системой. Все это безумно затратно, однако позволяет обеспечивать кислородом органы на большом расстоянии от легких, а значит – позволяет нам быть крупнее. Ради размеров позвоночные готовы на все. На горизонте видна мезозойская эра – эпоха гигантов.
Можно сказать, что в насекомых чувствуется палеозойская логика.
Насекомые формировались во времена, когда суша становилась зеленой, а атмосфера насыщалась огромными количествами кислорода. Их главной экзистенциальной проблемой была вода. Поэтому вместо принципиально возможной системы вдохов-выдохов они выбрали дыхание с минимумом потерь влаги.
В те первые беззаботные миллионы лет на суше насекомым незачем было быть крупными, потому что вокруг не было никого крупнее. Их наружный скелет в таких условиях прекрасно защищал от нападений, а трахеи, как воздушное волокно, пропитывали тело кислородом.
Что вообще значит «быть крупными»? Все зависит от точки зрения. Насекомые были гораздо крупнее, например, круглых червей (это преимущественно микроскопические родственники наших глистов, которые, по одной из версий, изначально попали на сушу в качестве паразитов насекомых23). Вопрос размеров для животных стоит точно так же, как вопрос стеблей для растений: большой стебель нужен тогда, когда вокруг есть другие большие стебли. До появления позвоночных насекомые не могли и представить, какие размеры в принципе допустимы, если у тебя есть позвоночник. Они оказались неподготовленными к конкуренции с этой новой возможностью. Насекомые застряли в палеозое.
Так, по крайней мере, я всегда воспринимал традиционную версию событий из учебника. В траве сидел кузнечик, потом пришла лягушка. Представьте себе, представьте себе – и съела кузнеца. Палеозойская эра подходит к концу, костяная спина приходит на смену хитиновому панцирю.
Но победили ли мы насекомых?
С одной стороны, мы пришли в их дом и грозно встали на вершине экологической пирамиды. Это такое графическое изображение пищевой цепи: в основе пирамиды растения, над ними травоядные, над ними хищники, а сверху в учебниках раньше обязательно рисовали человека с гарпуном. Так или иначе, насекомым до позвоночных не дотянуться. Вроде бы победа.
С другой стороны, насекомым в целом до позвоночных нет никакого дела. Зачем им до нас дотягиваться? Даже несмотря на грандиозное увеличение биомассы наземных позвоночных за счет человека и скота, мы остаемся меньшинством в мире жуков, мух и гусениц. Их гораздо больше по всем статьям. Они превосходно живут и крайне успешны. Позвоночные, конечно, ими питаются, но в большинстве случаев для них это далеко не главная забота.
Кто вообще сказал, что оказаться на вершине экологической пирамиды – это победа? Хищником, вообще-то, быть тяжелее, чем травоядным. Чем дальше от первичного источника пищи – фотосинтеза, – тем больше энергии из этой пищи теряется. Вот было, допустим, 100 т травы. Этой травы достаточно для поддержания жизнедеятельности, скажем, 10 т зебр, а они в свою очередь прокормят всего тонну львов (потому это и пирамида, а не столб). То есть при превращении травы в льва теряется значительная часть энергетической ценности фотосинтеза. Поэтому в целом в природе чем выше ступень пирамиды, тем больше конкуренция. Чтобы выжить, льву нужно быть самым быстрым львом, а зебре нужно просто не быть самой медленной зеброй. Пирамида – всего лишь символ, который можно с таким же успехом перевернуть, и тогда мы будем не на вершине экологической пирамиды, а на дне экологической ямы. Это даже лучше отражает суть вопроса: чем глубже – тем дальше от солнца.
Можно сказать, что мы стали большими и таким образом победили насекомых, а можно сказать, что из-за непобедимости насекомых в их весовой категории нам пришлось отрастить дорогостоящие гигантские тела. В маршрутах следования органического вещества по экосистеме нет победителей или побежденных – есть просто возможности, реализованные одними или другими существами.
В этом, пожалуй, главный урок всей авантюры жизни на суше. На первый взгляд, нет ничего более противоестественного, чем жизнь вне воды. Но в жизни нет правил, есть только возможности и их реализация. Жизнь просачивается всюду, куда она принципиально может просочиться. Если существует нереализованный способ быть, то рано или поздно жизнь его найдет. Никто наперед не знает, через какую трещину она просочится и как потечет дальше, но, однажды найдя лазейку, жизнь уже не поворачивает назад. Поэтому мы все платим за повороты судьбы своих предков: и морская черепаха, закапывающая яйца в песок, и несчастный ананас, фотосинтезирующий под палящим солнцем, и стрекоза в клюве цапли, и мы, люди, со своим катастрофически дорогостоящим организмом.
Человек – это звучит гордо. Но за эту гордость – колоссальную в размерах, молниеносную в движениях, раскаленную до биохимических пределов разумную машину собственного тела – мы дорого платим. Сколько времени, сил и ресурсов уходит на выращивание всего одного полноценного нового человека? За то же время тысяча поколений насекомых успевает родиться, прожить жизнь, оставить потомство и умереть.
7. Когда кончается свет
Белоглазая чудь дальше смерти не хочет взглянуть.
Жалко, блюдец полно, только не с кем стола вертануть,
чтоб спросить с тебя, Рюрик.
Представьте себе динозавра в естественной среде обитания.
Представили? Хорошо. Попробую угадать картинку у вас перед глазами.
Готов поспорить, что ваш динозавр стоит на двух ногах, как тираннозавр или велоцираптор. Если вы представили нечто четвероногое и рогатое вроде трицератопса или длинношеее вроде диплодока, жму вам руку, вы большой оригинал. Хвост вашего динозавра, рискну предположить, направлен вниз, а то и вовсе лежит на земле, образуя нечто вроде третьей ноги. Кожа у него, я думаю, гладкая и чешуйчатая, как у змеи. Вообще больше всего он напоминает гигантскую ящерицу в позе «служить».