Странные вопросы о Вселенной, или Как сделать Солнце из бананового пюре

8. Бабушкино лето
Только три вида особей имеют менопаузу

Ученые говорят, что можно помолодеть на 10 лет, если обзавестись собакой. Сначала я хотела приручить еще двух, но потом подумала – зачем мне еще одна менопауза?

Джоан Риверз, американская актриса

С возрастом, когда у женщин прекращается овуляция и яйцеклетки больше не выделяются из яичников каждый месяц, наступает менопауза. Механизм овуляции устроен таким образом, что всего в организме женщины могут созреть около 400 яйцеклеток. Это означает, что их запас иссякает примерно к пятидесятилетнему возрасту. (Между прочим, яйцеклетки вашей матери уже находились в ее яичниках в зародышевом состоянии, когда она была эмбрионом в утробе своей матери; то есть в каком-то смысле вы начали свою жизнь внутри вашей бабушки.)

Примечательно, что люди – один из трех видов особей, у которых репродуктивный потенциал ограничен определенным сроком. К двум другим видам относятся косатки и короткоплавниковые гринды (черные дельфины). (Давайте посочувствуем женским особям короткоплавниковых гринд – мало того, что они страдают от неприятных симптомов менопаузы, но во время «приливов» они еще и вынуждены обмахивать себя короткими плавниками.)

Итак, репродуктивный возраст женщины ограничен. Благодаря этому победителями в гонке эволюции видов в теории Дарвина становятся те особи, которые смогли передать свои гены в будущее наибольшему количеству потомков. Эволюция, по-видимому, благосклонно относится к женщинам, которые получают еще один шанс даже незадолго до того, как опустится последний занавес. Почему же существует это ограничение – всего 400 яйцеклеток? Почему природа не позаботилась о том, чтобы продлить репродуктивный период на всю жизнь?

Здесь могут действовать и другие факторы. На поздних этапах жизни деторождение сопряжено с большим риском. И не только это – возрастает вероятность наследования ребенком генетических дефектов. Успешное воспитание ребенка и подготовка его к взрослой жизни требуют большой активности. У женщины «в золотом возрасте» может просто не хватить энергии; в конце концов, ребенок может вообще остаться без матери, когда он будет еще нуждаться в материнском уходе. Многие биологи считают, что благодаря отключению своей собственной репродуктивной способности женщина становится свободной и может переключиться на помощь своим детям в деле воспитания их детей. Это увеличивает перспективы выживания ее внуков, повышая вероятность того, что ее собственные гены попадут в следующее поколение. Здесь есть и плюсы, и минусы. Лишаясь возможности вынашивания своих детей и последующего их воспитания, женщина получает другое преимущество – она может участвовать в воспитании своих внуков. Возможно, последнее обстоятельство даже более ценно. Как считают биологи, бескорыстное стремление бабушек помогать своим детям, в конечном счете, вырастает из эгоистических порывов.

Однако не все соглашаются с таким суждением о роли бабушек. Скептики утверждают, что плюсы, возникающие в жизни бабушки, которая помогает растить детей своих детей – вспомним, что они наследуют только четверть ее генов, – не перевешивают минусы отказа от своих собственных детей, которые разделили бы половину ее генов.

Некоторые низшие приматы характеризуются тем, что часто самки не теряют способность к воспроизводству потомства до глубокой старости, в то время как у их дочерей эта способность подавляется – они помогают воспитывать младенцев. Это имеет определенный смысл, поскольку дочери обеспечивают выживание потомства, у которого с ними общие гены. Но для человеческого общества более характерна традиция, согласно которой женщины при замужестве уходят из своей родной семьи. В эволюционном плане им нет смысла помогать семье своей свекрови, поскольку ее гены совсем другие. Однако если бабушка помогает невестке растить ее детей, это способствует тому, что бабушкины гены передаются следующему поколению. Майкл Кант, эволюционный биолог из Университета Эксетера в Англии, говорит об этом так: «Лучшая стратегия для свекрови – прекратить свое собственное воспроизводство, избежать конкуренции, позволить невестке производить потомство и помогать ей»^[35].

Эти аргументы насчет бабушек похожи на довод, который используется учеными для объяснения распространенности гомосексуальной модели поведения. Единственный способ передачи генов и характеристик, которые они кодируют, следующим поколениям, – это контакт между мужчиной и женщиной. Поэтому гены, которые способствуют однополым отношениям, должны, по идее, быстро исчезнуть. Однако такое явление, как гомосексуализм – величина довольно постоянная в разных культурах и составляет примерно 3 % среди мужчин и 2 % среди женщин.

Одно из возможных объяснений такого регулярного процента встречаемости гомосексуальной модели поведения заключается в следующем. По-видимому, в подоплеке этого явления лежит некий генетический компонент, который, хотя сам по себе и не поддерживает распространение эгоистичных генов, поставляется вместе с ними. Это не такая уж большая редкость в мире природы. Например, есть ген, который дает людям иммунитет к малярии. Однако если кто-то обладает не одной копией этого гена – что полезно, – а двумя копиями, по одной от каждого родителя, это приводит к развитию серповидно-клеточной анемии, – тяжелого заболевания, часто связанного с искривлением конечностей – когда клетки крови становятся сплющенными и блокируют капилляры. Выживаемость этого гена гарантируется тем, что на большинство населения он оказывает благотворное влияние и повышает шансы людей на выживание.

Конечно, гомосексуальная модель поведения может сохраняться, потому что люди, действующие в рамках этой модели, передают свои гены следующим поколениям. Хотя существует тенденция выделять всего несколько моделей сексуального поведения, на самом деле это поведение описывается широким спектром, от стопроцентной гетеросексуальности до стопроцентной гомосексуальности с переходом через бисексуальность. Люди могут не придерживаться полностью гомосексуальной модели или разделять эту модель поведения только в определенный период своей жизни. Они могут иметь детей. Это случается не так уж редко, что обеспечивает сохранение их генов, и поэтому гомосексуализм как явление никуда не исчезает.

Но существует более правдоподобное объяснение, каким образом гены людей с гомосексуальной моделью поведения могут передаваться будущим поколениям – и здесь есть параллель с объяснением того, зачем нужна менопауза для бабушки. Если гомосексуалы помогают в воспитании детей, которые генетически связаны с ними, – например, если речь идет о потомстве их братьев или сестер, – они, по сути дела, действуют из эгоистических побуждений, помогая своим генам пробивать себе дорогу в будущее. Это объяснение очень похоже на тот аргумент, который часто используют ученые для толкования еще одной великой тайны биологии – зачем нужен альтруизм. Почему некоторые живые создания жертвуют собой, помогая выживать другим за счет их собственной жизни? С научной точки зрения все становится понятно, ведь люди с большей вероятностью делают это для тех, кто генетически связан с ними, то есть для близких членов семьи. И здесь опять – бескорыстие ученые объясняют эгоизмом!

9. Затерянное племя
Люди получили преимущество по сравнению с неандертальцами, научившись рукоделию

Неандертальцев часто рисуют в виде обезьяноподобных дикарей, обитавших в пещерах. Но не следует забывать, что у них был более крупный головной мозг, чем у нас, они погребали своих умерших соплеменников и заботились о больных и стариках.

Джаред Даймонд^[36], биолог

Люди получили решающее преимущество над неандертальцами, когда они научились… рукоделию. Это предположение в разговоре со мной высказал Крис Стрингер, сотрудник музея естествознания в Лондоне. Он обосновывал свое утверждение следующим образом: найдено много артефактов, относящихся к периодам жизни ранних людей, в том числе многочисленные костяные иглы, но среди них нет ни одной иглы, сделанной неандертальцами. Может быть, дело заключается в том, что появившееся у древних людей умение шить детскую одежду дало человеческим детенышам шанс выжить в холодные зимы ледникового периода – шанс, которого не было у их неандертальских сверстников? И, стало быть, неандертальцы вымерли примерно 40 000 лет назад, а мы выжили благодаря этому умению^[37].

Первые ископаемые остатки, относящиеся к неандертальцам, были найдены еще в пещере Анжи в Бельгии в 1829 году. Но к первым представителям подсемейства под названием гоминины неандертальцы были отнесены только в 1856 году, когда в долине Неандерталь, недалеко от Дюссельдорфа в Германии, был обнаружен скелет неандертальца, жившего на Земле примерно 40 000 лет назад.

Как и другие гоминины, неандертальцы родом из Африки. Однако они мигрировали в Европу и Азию задолго до того, как это сделали современные люди. Их ареал распространялся на Европу и Западную Азию, на Дальний Восток вплоть до южной Сибири и на юг вплоть до Ближнего Востока. Неандертальцы появились примерно 250 000 лет тому назад, а вымерли – 40 000 лет назад. В течение некоторого времени они жили бок о бок с современными людьми, которые вышли на авансцену истории примерно 130 000 лет назад или даже раньше^[38]. Фактически люди и неандертальцы имели общего предка около 600 000 лет тому назад, о чем свидетельствуют данные ДНК^[39].

Неандертальцев часто изображают тупицами с большими головами, с выступающими надбровными хребтами и большими носами. Тем не менее их головной мозг был на самом деле немного больше, чем у нас; и данные свидетельствуют о том, что они были далеко не глупы и не уступали людям по своим способностям. Они изготавливали разные инструменты, готовили пищу, создавали произведения искусства и хоронили своих умерших, соблюдая ритуальные обряды^[40]. Они были людьми, совсем такими же, как мы. По внешнему виду, однако, они отличались от людей: были более коренастыми и мускулистыми. Считается, что такое телосложение более приспособлено для выживания в суровых условиях ледникового периода, поскольку чем компактнее тело человека, тем меньше поверхностная площадь его кожи, через которую может выходить наружу его драгоценное тепло.

Последние неандертальцы исчезли примерно 40 000 лет назад^[41]. Почему это произошло – один из основных вопросов палеоархеологии. Может быть, исчезновение неандертальцев связано с тем, что они так и не научились шить детскую одежду – но это только одна из гипотез среди других правдоподобных объяснений. Неандертальцы, возможно, не так хорошо приспособились к изменениям климата, как современные люди, или просто современные люди одержали верх над ними в соревновании за право проживать и охотиться на своей территории.

Братство ледникового периода: люди и неандертальцы в течение длительного времени жили бок-о-бок друг с другом и скрещивались.

Загадка исчезновения неандертальцев усугубляется еще и тем, что долгое время они успешно выживали в чрезвычайно суровых условиях ледникового периода. Они устраивали искусные засады при охоте на крупную дичь – мамонтов, зубров и оленей. Но почему-то этот успешный вид древних людей, наших ближайших родственников, исчез с лица земли, причем это случилось сравнительно недавно – прошедший с момента их исчезновения период представляет собой всего лишь мгновение с точки зрения истории эволюции гомининов.

В этой истории есть неожиданный поворот. Оказывается, примерно 2 % ДНК у людей, живущих за пределами Африки, имеют неандертальское происхождение^[42]. Итак, нельзя сказать, что неандертальцы полностью вымерли: благодаря своему скрещиванию с древними людьми они частично остались среди нас. И даже сейчас среди нас, возможно, ходят неандертальцы.

10. Упущенная возможность
Почему у нас нет фото первого человека на Луне?

Взглянув на Землю, стоя на Луне, я заплакал.

Алан Шепард, астронавт «Аполлона-14»

По оценкам агентства NASA, на осуществление программы «Аполлон» по отправке человека на Луну было потрачено порядка 25 миллиардов долларов, что по сегодняшнему курсу превышает 100 миллиардов долларов. Очень странно, что при этом американское космическое агентство упустило шанс сделать фото первого человека на Луне, Нила Армстронга^[43]. Базз Олдрин, второй пилот, принявший участие вместе с Нилом Армстронгом в экспедиции на Луну, попросту «забыл» сделать это. На самом деле это не совсем так. Есть одна фотография Армстронга на Луне, только он при этом стоит спиной к камере^[44]! На знаменитой фотографии, сделанной самим Армстронгом и изображающей Олдрина на поверхности Луны, можно увидеть его собственную маленькую белую фигурку, отраженную в шлеме Олдрина. Еще есть размытые черно-белые телевизионные изображения, переданные на Землю Армстронгом и Олдрином во время их пребывания на Луне. И на этом все. По сути дела, у нас нет фотографии первого человека, ступившего на поверхность другого небесного тела – а ведь это событие по своему значению не уступает тому, когда первая рыба выползла из моря на берег.

Но не следует винить в этом одного Олдрина. По регламенту, основную часть времени пребывания астронавтов на лунной поверхности – а этот срок составлял два часа тридцать одну минуту – за камеру должен был отвечать Армстронг. Это была модифицированная камера «Хассельблад 500 EL» (Hasselblad Electric Data Camera) с поляризационным фильтром, снимающая на 70-мм пленку^[45]. Астронавты носили ее на груди – она была прикреплена к скафандру. У камеры не было видоискателя, и астронавты должны были угадывать, что именно попадает в объектив.

Перед полетом «Аполлона-11» Армстронгу и Олдрину выдавали эту камеру на руки, чтобы они могли попрактиковаться с ней дома. Тем не менее, попав на Луну, они столкнулись с исключительными сложностями. На Земле солнечный свет рассеивается молекулами воздуха, изображения получаются не такими резкими, тени смягчаются и становятся не вполне черными. Иное дело на Луне – там нет воздуха. Камера должна работать в условиях ослепительной яркости, чередующейся с полной чернотой, и эти две зоны разделены резкой границей, как лезвием ножа.

Но не только резкий контраст между светом и тенью делает лунную поверхность такой загадочной. Если вы снимаете на Земле, рассеяние света пылью в воздухе приводит к тому, что удаленные объекты кажутся блеклыми и размытыми. Благодаря этим важным подсказкам мы бессознательно чувствуем, какие предметы находятся близко, а какие – далеко. На Луне, в отсутствие атмосферы, таких подсказок нет. По фотографии невозможно отличить 20-метровый холм, находящийся на расстоянии 20 метров, от горы высотой 2 километра, удаленной на эти же 2 километра. Чуждую нашему восприятию «инопланетность» трудно оценить по простой фотографии.

Еще одно свойство лунной поверхности, которое не удалось передать с помощью изображений, – ее цветовая окраска.

Лунный пейзаж отнюдь нельзя назвать серым и тусклым, он окрашен в мерцающие серебристые, коричневые и золотые тона, которые, как правило, меняются в зависимости от точки зрения камеры. Все это происходит под влиянием лунной пыли. На земном пляже песчинки постоянно вертятся, трутся друг о друга, полируются и разглаживаются, превращаясь в миниатюрные гладкие крупинки. Ни один из этих процессов не действует на Луне. Там происходит другое – лунную поверхность постоянно бомбардирует дождь из микрометеоритов. Эти крошечные частицы пыли ударяются о поверхность Луны с такой высокой скоростью, что разрушают и нагревают скальные породы. При этом создаются пыльные гранулы, которые больше похожи на тающие снежинки, чем на земные песчинки. Такая «иззубренная» лунная пыль отражает солнечный свет по-разному в различных направлениях, и цветовая окраска меняется в зависимости от точки зрения.

Боязнь камеры: Нил Армстронг, первый человек, ступивший в другой мир, «стесняется» показать свое лицо.

Нил Армстронг, командир экипажа «Аполлон-11», работает на площадке оборудования лунного модуля (NASA).

Некогда существовали даже реальные опасения, что Луна покрыта таким глубоким слоем пыли, что космический корабль, осмелившийся сесть на ее поверхность, утонет без следа. В научно-фантастическом романе Артура Кларка «Лунная пыль», опубликованном в 1961 году, экипаж пылехода «Селена» сталкивается именно с такой ситуацией. К счастью, опасения по поводу лунных сыпучих песков оказались необоснованными.

Как говорили астронавты, побывавшие на Луне, лунная пыль пахла порохом. Она наслаивалась на скафандры, и астронавты становились похожи на шахтеров. Грустно, но Харрисон Шмитт, единственный геолог, побывавший на Луне в составе последней миссии «Аполлон-17», испытывал аллергическую реакцию на лунную пыль^[46]. Должно быть, он чихал всю обратную дорогу домой!

Постоянная бомбардировка лунной поверхности метеоритами приводит к тому, что «почва» на Луне должна полностью обновляться за 10 миллионов лет. Такая «вспашка» лунного реголита означает, что отпечатки следов, оставленных астронавтами на Луне, когда-нибудь исчезнут с ее поверхности, хотя и продержатся, по всей вероятности, дольше срока существования самой человеческой расы.

Лунная пыль Моря Спокойствия хранит отпечатки следов Армстронга и Олдрина с 20 июля 1969 года. Примерно за 3,6 миллиона лет до этого события небольшая группа прямоходящих гоминидов оставила свои следы в вулканическом пепле местности Лаэтоли в Танзании^[47]. Не правда ли, это ярчайшая иллюстрация пути развития, пройденного человеком, и напоминание о том, чего мы можем лишиться, если не найдем верного решения глобальных проблем, которые угрожают самому факту существования человеческой цивилизации?

Часть третья
Планета Земля

11. Азбука природы
В каждом глотке воздуха может оказаться атом, который выдохнула Мэрилин Монро

Если бы всей сумме накопленных научных знаний грозило полное уничтожение в результате катаклизма и только одну короткую и емкую по информативности фразу можно было бы передать потомкам, какое предложение написал бы я? Все состоит из атомов.

Ричард Фейнман^[48]

Примерно в 440 году до н. э. греческий философ Демокрит нагнулся и поднял из-под ног обломок скалы или ветку (а может быть, это был осколок глиняной посуды) и задался вопросом: если я сломаю эту вещь на две части, а потом еще на две, как долго это деление сможет продолжаться? Можно ли этот процесс продлевать до бесконечности? Демокрит однозначно ответил на этот вопрос: у него не укладывалось в мозгу, что материю можно дробить до бесконечности. Он рассуждал так: рано или поздно мы дойдем до мельчайшей частички вещества, которую уже не сможем разрезать пополам. Поскольку по-гречески слово «неделимый» звучит как ἄτομος (átomos), Демокрит назвал такие неделимые частицы вещества атомами.

Но атомы Демокрита на самом деле оказались больше неделимых частиц материи. Еще одним постулатом Демокрита было его предположение о том, что атомы бывают нескольких типов.

По-разному комбинируя эти разные типы атомов, можно получить розу, стул или новорожденного младенца. «Лишь в общем мнении существует сладкое, горькое, горячее и холодное, и лишь условно можно считать, что существует цвет. В действительности же существуют только атомы и пустота», – писал Демокрит.

Эта идея оказалась чрезвычайно плодотворной. Из нее вытекает, что все разнообразие существующих вокруг нас вещей – всего лишь иллюзия. Под внешней оболочкой мира скрывается простота. Многообразие возникает, если начать тасовать горстку основных строительных кирпичиков, и делать это можно бесконечным числом способов. Все зависит от комбинаций. Атомы – это всего лишь детали конструктора LEGO.

Идея Демокрита о том, что природа на своем самом фундаментальном уровне проста, фактически есть символ веры, который и движет современной наукой. Почему мир должен быть прост в своей основе? На этот вопрос нет ответа. Но, чтобы узнать, каков пудинг на вкус, нужно его отведать. И за последние несколько столетий ученые значительно продвинулись в своих поисках все более простых и фундаментальных законов физики, лежащих в основе строения мира.

Демокрит понимал, что атомы должны быть очень маленькими – ведь их не видно невооруженным глазом. Например, чтобы заполнить атомами одну только точку (знак препинания) в конце этого предложения, понадобится примерно 10 миллионов атомов. К началу двадцатого столетия уже появились многочисленные косвенные свидетельства того, что атомы действительно существуют. В частности, давление газа в сосуде удается объяснить, если предположить, что мириады крошечных частиц бьются о стенки этого сосуда подобно тому, как капельки дождя колотят по железной крыше. Но до последнего времени увидеть атом никому не удавалось^[49].

В 1980 году Генрих Рорер и Герд Бинниг, работавшие в исследовательском центре компании IBM в Цюрихе, построили сканирующий туннельный микроскоп (СТМ). Подобно тому, как слепой человек может создать в уме изображение чьего-то лица, проведя по нему пальцем, СТМ строит картину микроскопического атомарного рельефа, передвигая по нему крошечный стилус и записывая все движения вверх и вниз. В компьютерных изображениях, созданных благодаря этой информации, атомы выглядят как крошечные футбольные мячики или как апельсины, уложенные в коробки… Фактически очень похоже на то, как представлял их себе Демокрит более двух тысяч лет назад.

За изобретение сканирующего туннельного микроскопа Рорер и Бинниг получили Нобелевскую премию по физике в 1986 году. Во времена Демокрита Нобелевских премий не вручали, но он, безусловно, заслуживает того, чтобы его включили в Книгу рекордов Гиннесса – за максимальный срок, прошедший между моментом, когда он выступил со своей идеей, и тем моментом, когда она наконец получила подтверждение.

В чем же суть нашего рассказа об атомах? А вот в чем: каждый раз, когда вы совершаете вдох, вы вбираете в себя очередную порцию воздуха – делаете «глоток воздуха». Сколько «глотков воздуха» нужно сложить вместе, чтобы получился объем, равный атмосфере Земли? Трудно сказать, но, очевидно, это число будет очень большим. Вместе с тем в одном глотке воздуха содержится больше атомов, чем в земной атмосфере – этих самых «глотков». И не исключено, что во время вдоха вместе с порцией вдыхаемого воздуха вами будут поглощены атомы, которые выдохнула в свое время Мэрилин Монро. Или Юлий Цезарь. Или тираннозавр рекс, последний представитель семейства гигантских ящеров, когда-то бродивших по просторам Земли.