Нил Шубин - Вселенная внутри нас: что общего у камней, планет и людей
Изоляция вредна не только для человека, но и для континентов. Океаническое течение, так досаждающее морякам, огибает Антарктиду с востока на запад. Оно появилось тогда, когда для него освободилось место — после расхождения континентов. Океанические течения прекрасно переносят тепло. Например, Великобритания находится на одной широте с северной частью Лабрадора. Но в одном из этих мест умеренный климат, а в другом довольно холодно. Почему? Своим мягким климатом Великобритания обязана теплым течениям, поднимающимся от экватора, а в западной части Атлантики таких течений нет. Пока Антарктида не была отделена от других континентов, океанические течения с экватора приносили сюда тепло, но после разделения суши теплое течение исчезло, уступив место круговому. Это и заморозило Антарктиду: все тепло просто улетучилось. Жизнь на континенте буквально замерзла насмерть (кроме той, что успела перебраться в более теплые края).
Переустройство карты мира изменило климат. Движение континентов и расширение морского дна привели к изменению течений, увеличению интенсивности эрозии и снижению уровня углерода в атмосфере. Все это привело к гибели континента. Последствия этого мы видим повсюду.
Мы это видим
Люди — зрячие существа, способные различать закономерности в этом запутанном мире. Полярные летчики вроде Пола Таджа научились различать объекты с воздуха. Дети умеют находить рисунок в замысловатой ряби пазла, рыбаки умудряются видеть тени рыб, а врачи-рентгенологи спасают жизни, дешифруя тени на рентгеновских снимках. Наш вид смог выжить благодаря способности находить порядок в окружающем нас хаосе. Эта способность обеспечивается слаженным действием наших глаз и мозга: вместе они помогли нам научиться видеть, выживать и процветать.
Мы живем в невероятно пестром мире и при этом часто забываем, что различаем лишь малую часть цветовой палитры. До нас доходит свет в широком диапазоне длин волн: от ультрафиолетового до инфракрасного. Но даже такие приспособления, как очки ночного видения, позволяют лишь в малой степени уловить скрытые от нас части спектра. Другие животные различают свет в более широком диапазоне. Птицы и некоторые виды рыб различают гораздо больше оттенков синего цвета. Каждый вид, будь то орел, форель или человек, настроен на восприятие мира особым образом. Наша способность восприятия сформировалась под влиянием тех сил, что заморозили полюса Земли.
В глубине глаза человека и других млекопитающих расположена сетчатка размером с почтовую марку, которая воспринимает свет через хрусталик. В сетчатке около пяти миллионов специализированных клеток — маленьких приемников, способных воспринимать красный, желтый и синий: три основных составляющих видимого света. Этой способностью клетки обязаны особым белкам, которые меняют форму под действием света с соответствующей длиной волны. Клетки сетчатки могут распознавать около сотни цветов. В головном мозге эти сигналы соединяются, что позволяет нам различать палитру примерно из 2,3 миллиона оттенков.
Наши ближайшие родственники в Старом Свете — шимпанзе, гориллы, орангутаны и другие обезьяны — распознают те же цвета, что и мы. Наши глаза имеют очень похожее строение, и воспринимать цвет нам помогают одни и те же белки сетчатки. Наши более дальние родственники среди приматов, как те, что живут в Южной Америке, имеют другое зрение: самцы некоторых видов цвета не различают. Уже в XIX веке ученые знали о расщеплении ветви приматов: все обезьяны Старого Света обладают полноценным цветовым зрением, а их родственники из Нового Света этой способности лишены. Есть ли какие-либо особенности в образе жизни обезьян, объясняющие это различие?
Первая подсказка была получена благодаря удивительному открытию. Южноамериканские обезьяны-ревуны, как следует из их названия, прославились особой манерой общения. Великий натуралист Александр фон Гумбольдт, описавший их в XIX веке, отмечал, что ревуны отличаются от прочих приматов «глазами, голосом и печальным видом». Ученые, изучавшие поведение этих обезьян в 90-х годах XX века, обнаружили, что, в отличие от других южноамериканских обезьян, они обладают таким же полноценным цветовым зрением, как и люди. С этим связано принципиальное различие в характере питания ревунов и их южноамериканских родственников. Все другие обезьяны едят в основном фрукты, а ревуны питаются листьями.
Это наблюдение подтолкнуло студента Натаниэля Домини, бывшего футболиста из Университета им. Джона Хопкинса, к размышлениям о происхождении цветового зрения. Может быть, история с ревунами отражает общее правило, и принципиальное различие в рационе объясняет различия в цветовом восприятии у разных ветвей приматов?
Национальный парк Кибале на западе Уганды располагается в зоне богатых вечнозеленых и листопадных лесов. Здесь живут леопарды, птицы-носороги и лесные слоны (необычно маленькие и волосатые). Еще здесь обитает множество приматов — целых тринадцать видов, в том числе шимпанзе. Кибале служит домом и четырнадцатому виду приматов — человеку, причем многие представители этого вида живут на биостанции Университета Макерере и изучают своих диких родственниковприматов. В 1999 году здесь работал и Домини. Его единственной задачей было наблюдать за тем, как едят обезьяны.
У Домини и его научного руководителя Питера Лукаса имелся план: они собирались пронаблюдать за каждым видом приматов и в точности зафиксировать, сколько, чего и когда они едят. Если у обезьян были какие-либо закономерности в способах питания, ученые должны были это заметить. У научной группы имелась и переносная лаборатория, которую они описали позднее в статье «Полевой набор для анализа физических, химических и пространственных характеристик пищи приматов». В этот набор, умещавшийся в рюкзак, входило устройство для определения жесткости пищи, спектрометр для измерения цвета и основных питательных свойств пищи, а также ряд других приспособлений для описания внешнего вида и веса всего, что ели обезьяны.
Домини, Лукас и их помощники десять месяцев наблюдали за приматами. Когда им не мешали бандиты или террористы (один раз ученые вынуждены были скрываться в американском посольстве в Уганде), исследователи работали круглосуточно (в общем счете проведя за наблюдениями 1170 часов). Они обнаружили, что обезьяны употребляли в пищу 118 видов растений.
Обработав результаты, ученые нашли закономерность. Животные, обладающие цветовым зрением, питаются преимущественно листьями, цвет которых варьирует от красноватого до зеленого. Причем оказалось, что обезьяны успешно отбирают листья, отличающиеся наибольшим содержанием белка при наименьшей жесткости. Их мамочки, должно быть, довольны: дети едят полезную и легко перевариваемую пищу. Ну а главный признак, по которому такие листья можно отличить от остальных — красный цвет — заметен только животным с полноценным цветным зрением.
Домини и его коллеги выдвинули гипотезу: цветовое зрение позволяет животным выбирать из многих видов листьев самые питательные. Эта способность развилась тогда, когда изменение климата повлекло за собой изменение растительности.
Дополнительную информацию о появлении цветового зрения можно получить исходя из анализа ДНК. У млекопитающих, не обладающих цветовым зрением, всего два белка, воспринимающих цвет, а у нас и у человекообразных обезьян Старого Света таких белков три. В 1999 году, когда уже были достигнуты значительные успехи в технологиях изучения ДНК, был проведен сравнительный анализ последовательности и структуры этих белков. Внутри белковых последовательностей оказался спрятан главный ключ к разгадке происхождения цветового зрения. Три белка, позволяющие нам видеть мир в цвете, являются дубликатами двух белков других млекопитающих. Сравнивая последовательности старых и новых копий, можно определить, когда произошло удвоение. Все виды с тремя генами происходят от общего предка, жившего 30–40 миллионов лет назад. Именно тогда у наших ближайших предшественников, человекообразных обезьян, появилось цветовое зрение.
А на Земле в это время стало холоднее. В Арктике и Антарктике леса стали исчезать, а на смену им пришли льды. Широко распространились травы. Плодовые пальмы и фиговые деревья, распространенные в Вайоминге и других теплых районах, постепенно исчезли, уступив место лиственным деревьям с жесткой или мягкой, питательной или несъедобной листвой. Столь необходимое теперь приматам Уганды цветовое зрение обеспечило их предкам успешное развитие в период глобального похолодания. С холодами появилась новая флора, что сделало способность различать цвета более ценной.
Пол Тадж разглядел стволы деревьев на необъятных просторах, палеонтологи находят малюсенькие окаменелости среди груд камней, а наши предки-приматы пережили глобальное изменение климата благодаря своей способности находить съедобные листья. Каждый раз, когда вы любуетесь каким-либо цветным изображением, вы должны благодарить Индию, въехавшую в Азию, континенты, отделившиеся от Антарктиды, и обледенение полюсов. Все эти события оказались взаимосвязанными благодаря круговороту углерода.
