Хлопок одной ладонью. Как неживая природа породила человеческий разум

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.

Воздух в мешке