Представьте себе следующую картину: брутальные мужчины орудуют толстыми шлангами, стараясь попасть как можно выше и дальше. Тот, кто подумал про пожарный департамент Нью-Йорка, не ошибся. В 1960-е годы сотрудники пожарного департамента экспериментировали с наполнителями и примесями в баках, чтобы при том же давлении струя воды била как можно дальше. В этих целях используют POLYOX, уменьшающий сопротивление трению. Природным аналогом этого химиката является вязкая слизь, способная вполовину уменьшить сопротивление трению у костистых рыб, таких как окунь и барракуда. Это помогает им плыть с наибольшей возможной скоростью. Иными словами, эта слизь уменьшает вязкость воды на поверхности, соприкасающейся с телом рыбы. Нью-йоркские эксперименты в целом были удачны, но попытки вскоре были прекращены. Пожарные жаловались, что из-за измененной консистенции вода стала слишком скользкой, а следовательно, неудобной для работы, так как можно было поскользнуться в каждой луже.

Не всем открытиям, касающимся водной экосистемы, можно легко найти аналоги среди взаимоотношений в наземной экосистеме. Тем не менее у эволюции не было другого выбора: жизнь произошла из воды – и это наследие, которое мы, наземные животные, до сих пор в себе храним. Прародители современных организмов появились в кембрийском периоде пятьсот сорок миллионов лет назад, в результате чего планету населили хищники и те виды, которые завоевывали открытое море. До появления первых наземных позвоночных на Земле царили микробы и другие низшие животные. В свою очередь, растения как фотосинтетические самоснабженцы способствовали продвижению организмов вглубь суши, то есть все дальше от водоема. За растениями последовали травоядные, а за ними и плотоядные. Эти первопроходцы колонизировали разные жизненные пространства, параллельно разделяясь на виды и вырабатывая взаимоотношения между собой. Примером являются цветковые растения, которые нуждаются в насекомых в качестве опылителей, а за предоставленные услуги платят им нектаром. Как раз благодаря таким взаимодействиям на земле появились сложные экосистемы.

Мы знаем о пяти массовых вымираниях в истории Земли, в ходе которых исчезло большое число – или даже большинство – существовавших тогда видов. Метафорически это можно назвать своеобразной перетасовкой карточной колоды. Самая крупная катастрофа произошла в пермском периоде, обозначив конец палеозоя двести пятьдесят два миллиона лет назад. Именно тогда извержения вулканов, экстремальные колебания климата и существенный подъем уровня моря привели к исчезновению девяноста шести процентов видов. Многие жизненные пространства оказались опустошенными, как в первозданном мире. Впрочем, гибель одних существ открыла двери для других. Как уже существующие конкуренты, так и представители новых видов заселили только что опустошенные среды обитания и вскоре начали там размножаться и развиваться. Конец их превосходству положила, вероятно, очередная катастрофа, в результате которой освободилось необходимое место для следующих обитателей планеты.

После пермского периода власть перешла к рептилиям, и это мнение сохраняется в сознании людей до сих пор. Никакая другая группа животных не заинтересовала публику так, как это сделали обитатели известного фильма «Парк Юрского периода». Динозавры захватили землю, морские ящеры – водоемы, а птерозавры – воздушное пространство. Тем не менее известно, что и их успех не был продолжительным. Ящеры появлялись, росли и побеждали, пока на Землю не упал метеорит, кардинально изменивший окружающую среду[13]. В результате выжили лишь несколько групп животных. Впрочем, сейчас становится очевидно, что еще до катастрофы динозавры переживали период упадка, то есть наивысшая точка их славы и без того уже была пройдена. В меловом периоде массовое вымирание динозавров было на руку млекопитающим. В этой группе, прежде казавшейся невзрачной, за миллионы лет появилась неповторимая голая обезьяна, впоследствии ставшая доминирующим видом. У Homo sapiens долгая история развития с важными вехами и обходными путями, которая наложила отпечаток на всех нас.

Ни один вид не появляется из ниоткуда. Все мы порой делаем стереотипные вещи и используем генетически заложенные механизмы, которые чаще всего не подходят для нашей текущей ситуации. Это связано с тем, что эти паттерны поведения были созданы еще нашими предками при других обстоятельствах и для решения иных проблем. С эволюционной точки зрения люди – это четвероногие, стремящиеся к вертикализации и освоению практически всех земных жизненных пространств. Мы сами виноваты в том, что рано или поздно в жизни нас начинают мучить боли в спине, а суставы изнашиваются. Мы не можем обвинить в этом саму эволюцию. Не так уж много времени прошло с того момента, как она превратила внутренний каркас рыб в скелет, поместила первых четвероногих на землю, а нас, двуногих, поставила вертикально.

Тот, кто осваивает новые жизненные пространства, должен преодолеть многие препятствия. Переключение водных организмов на наземный образ жизни относится к самым крупным из них, в том числе в контексте слизи. Водная среда фундаментально отличается от воздушной. Стоит также отметить, что развитие различных экосистем сильно зависит от физиологии, поведения и образа жизни отдельно взятых видов.

Вода примерно в тысячу раз плотнее и в пятьдесят раз вязкотекучее, чем воздух. Тот, кто хочет по ней передвигаться, должен не только запастись энергией, но и прихватить с собой какой-то смазочный материал. Многие рыбы мускулисты, обтекаемы по форме и слизисты, что позволяет назвать их хорошими пловцами. Этим они кардинально отличаются от планктона, который дрейфует по пути наименьшего сопротивления. К планктону относятся бактерии, диатомовые водоросли, черви, улитки и медузы. Всех их объединяет то, что они пассивно дрейфуют на воде или плывут по течению, но ни в коем случае не против него. Это, конечно, экономит энергию, но и представляет серьезную опасность, поскольку многие хищники именно с помощью течения и слизистых ловушек загоняют беспомощную добычу себе в пасть. В наземном мире это можно сравнить лишь с невидимой паутиной, в которую по неосторожности попадают насекомые.

Все живые существа подчинены одной константе. Сила тяжести всегда влияет на всех одинаково. Наземные организмы противостоят ей, как правило, с помощью опорных структур, таких как скелет, чтобы не сломаться под тяжестью собственного веса. Тела костистых рыб достаточно стабильны, но принудительное перемещение по земле они бы не выдержали, потому что хрупкие слизистые жабры высохли бы на воздухе, склеились бы и разрушились. Эти животные погибли бы в среде, содержащей больше кислорода, чем водная среда. Желеобразные морские обитатели, например медузы, никак не могут противостоять силе тяжести на земле. Вместо этого они просто превращаются в каплю. А в воде? В воде им помогает подъемная сила, которая также дает планктону возможность дрейфовать или, по крайней мере, медленно опускаться на дно. Правда, из-за подъемной силы и движения воды с места могут быть сорваны и оседлые морские виды, если они достаточно надежно не прикреплены к поверхности за счет крюков, присосок или цепкой слизи. Моллюски (некоторые двустворчатые), например, крепятся ко дну с помощью нитей биссуса. Эти нити настолько эластичны, что сейчас их используют для изготовления прочного текстиля.

Воздух оказывает существенное влияние на количество воды в организме, попросту говоря – высушивает тело, поэтому наземные обители должны регулировать и восполнять потери воды. У первых земноводных контроль за уровнем воды выражался в ограничении расстояния, на которое они могли отойти от водоема, а современные амфибии вынуждены искать непременно влажные жизненные пространства. Кожа, поддающаяся постоянному воздействию газов и воды, остается увлажненной именно благодаря слизи. В этом вопросе рептилии буквально совершили шаг вперед: у них развилась плотная чешуя, что позволило им освоить даже чрезвычайно сухие пространства. Кожа млекопитающих, в свою очередь, представляет собой эффективный барьер, поэтому нам не нужно ограничиваться тенистой и влажной средой обитания. Мы также можем обойтись без внешней слизистой оболочки. Важные для нас слизистые оболочки, необходимые для таких функций, как пищеварение, содержатся внутри организма.

До того как цианобактерии стали осуществлять фотосинтез, жизнь обходилась без кислорода. Мы, животные, зависим от газа, который мы не можем аккумулировать внутри организма, следовательно, мы должны его вдыхать снова и снова. В процессе эволюции появились различные варианты осуществления газообмена: через кожу амфибий, через трубообразные трахеи насекомых, через жабры рыб и через легкие человека. Об этом до сих пор свидетельствуют определенные нюансы строения легких. Существуют комбинированные модели, связанные с изменениями жизненного цикла. К примеру, головастики сначала дышат через жабры, а потом, превратившись во взрослых амфибий, уже через кожу и легкие. Стоит отметить, что столь радикальное перестроение связано с переходом из водной среды обитания на сухую землю.

Впрочем, есть то, что остается неизменным при всех вариантах газообмена: кислород, растворяющийся во влажной среде, можно усвоить только через большие и хорошо снабженные кровью поверхности организма. Для водных видов это не составляет труда, но что же происходит на земле? Если бы наши легкие были построены как внешние жабры, мы, согласно одному исследованию, ежедневно теряли бы примерно пятьсот литров воды. По этой причине дыхательные органы наземных видов находятся внутри тела. Стоит также добавить, что в наших легких до сих пор остаются отголоски былого водного прошлого, которые проявляются в виде поглощения кислорода через слизистую оболочку.

Ex ovo omnia: все произошло из яйца, считал английский врач Уильям Гарвей в XVII веке. Доказательств тому у него не было, так как в ту пору все еще считалось, что низшие животные произошли из слизи и ила путем спонтанного зарождения. Так, современник Гарвея Исаак Уолтон в своем трактате о рыбной ловле писал о том, что лягушки зимой превращаются в слизь, а весной возвращаются в свою прежнюю форму. В контексте человеческого воспроизводства также ничего не было известно о яйце. Лишь сто пятьдесят лет спустя немецкий зоолог Эрнст фон Бэр опроверг этот подход.

Как же Уильям Гарвей, личный врач короля и знаменитый исследователь кровообращения, пришел к вышеуказанному выводу? Он тщательно исследовал развитие птенцов в куриных яйцах, сравнивая их с развитием других эмбрионов. В результате он нашел, как впоследствии и Эрнст Геккель, удивительное количество соответствий. Гарвей также придерживался мнения о том, что раннее развитие птиц схоже с ранним развитием других организмов. Принцип в целом тот же, однако среда вокруг играет решающую роль. Итак, какие характеристики имеют яйца в воде и на земле?

Кейп-Код – полуостров под Бостоном, дугой прорезающий берег Атлантики. Там я увидела, что после прилива на песке остались моллюски, на которых сразу напали чайки. Красный многощетинковый червь (полихета) с поразительными щетинками изогнулся в небольшой луже, пытаясь в нее зарыться. Мертвая камбала потерянно лежала у края воды. Какими бы разными ни были морские виды, у них есть общая черта. Будь то червь, моллюск или рыба – все они с большой долей вероятности защищают свои яйца оболочкой из затвердевшей слизи.

Гелевую оболочку на разных этапах эволюции использовали самые различные группы животных, потому что у нее есть ряд преимуществ. Водянистая оболочка защищает эмбрионы от высыхания и одновременно дает кислороду беспрепятственно проникать внутрь. Более того, она часто снабжена как антимикробными веществами, так и, вполне вероятно, токсинами с целью защиты от хищников. Эта теория помогает объяснить наличие красочных яйцевых мешков у многих морских улиток. Сигнал может служить предупреждением. К сожалению, большие лунные улитки отказываются от этого визуального эффекта, из-за чего на поиски их невзрачных яйцевых мешков на пляже Кейпа уходит больше времени. Вживую я еще не видела ни одного животного, обитающего на берегу и питающегося моллюсками, при необходимости просверливая их раковины. Самки моллюсков зарываются в мягкий песок, чтобы там произвести так называемый песчаный воротник. Это смесь из крошечных яиц и крупиц песка, превращающая желеобразный матрикс в чудесные конструкции. Когда песчаные воротники застывают вокруг раковины матери, они принимают кривую или даже спиралевидную форму. Песчаные воротники по своей консистенции напоминают резину, а те, что оказываются на берегу становятся эластичными и прозрачными, что через них можно увидеть солнечный свет.

Невооруженным глазом я не могу отличить яйца улиток от крупиц песка. Возможно, полупрозрачные детеныши уже вылупились. Тем не менее я все равно кладу песчаные воротники на кромку воды, чтобы те когда-нибудь выпустили в море оставшиеся внутри личинки лунных улиток под названием велигер. Правда, не все морские виды могут столь тщательно «упаковывать» свои яйца. Кораллы, к примеру, производят желеобразные узлы яйцеклеток и сперматозоидов, скрепленные слизью. Эти узлы поднимаются на поверхность воды, распадаются и сходятся уже с новыми партнерами. Моллюски же просто выпускают свои яйцеклетки и сперматозоиды в открытое море, предварительно, правда, покрыв их гелевой оболочкой. Таким образом, слизь и другие виды желеобразных оболочек являются незаменимыми средствами защиты яиц в водном пространстве, особенно если яйца при контакте с воздухом быстро высыхают.

Именно поэтому взрослые наземные амфибии вынуждены откладывать свою желеобразную икру преимущественно в свежей пресной воде. Некоторые виды вместо этого выбирают влажные наземные поверхности, однако в итоге, согласно одному исследованию, тратят гораздо больше времени и энергии на уход за потомством. Здесь есть и курьезные примеры: некоторые амфибии увлажняют свои яйца с помощью собственной мочи. Другие виды носят икру, а затем и самих детенышей везде с собой. На это у амфибий уходит много усилий и вплоть до нескольких недель времени, но цель оправдывает средства: именно так потомство может научиться выживать даже в самых неблагоприятных условиях.

Действительно независимыми от воды впервые стали рептилии. Примерно триста сорок миллионов лет назад они научились покрывать свои яйца известью, защищая их тем самым от высыхания. Их дальние родственники – птицы и уже упомянутые чайки – на пляже Кейп-Код придерживаются того же подхода. Прямо под внешней оболочкой яиц у них находится амниотическая мембрана, дополнительно защищающая эмбрион и его желток. Есть еще одна важная составляющая, делающая этот вид яиц особенным. Это желеобразный и очень вязкий альбумин, или яичный белок. Британский орнитолог Тим Беркхед описывал альбумин как «отчетливое ничто», бесцветное и бесструктурное. Иными словами, это комочек из какого-то слизеобразного материала, не имеющий четкой формы. На самом деле, альбумин – потрясающий загадочный инструмент, имеющий огромное значение для яйца. Помимо всего прочего, альбумин снабжает яйцо водой и протеинами, амортизирует физические повреждения и, словно биохимическая противопожарная стена, защищает яйцо от патогенов.

«Отчетливое ничто» – это крайне важный барьер, поскольку разные микробы только и ждут удобного момента, чтобы напасть на эмбрион. Первый удар от этих полчищ принимает на себя внешняя оболочка, однако и находящаяся под ней мембрана, словно тончайшая сеть, может останавливать бактерии. Даже если патогену удается попасть внутрь, ему предстоит долгий путь по альбумину. Этот путь можно сравнить с наказанием розгами, потому что слизь помимо многих других антимикробных протеинов также содержит лизоцим, разрушающий клеточные стенки бактерий. Одновременно этот путь похож еще и на марафон, так как альбумин состоит из слоев разной консистенции, ни один из которых не содержит питательные вещества или что-либо полезное для микробов. Подытоживая, путешествие патогенов по альбумину, по словам Беркхеда, сравнимо с путешествием человека по пустыне Атакама.

Лишь покрыв потомство необходимой оболочкой и научившись контролировать водообмен, амниоты[14] смогли покорить сухую землю. А как же поступают млекопитающие? Детеныши млекопитающих до рождения находятся в материнском теле, питаясь через пуповину и плаценту. Впрочем, наше потомство так же окружено жидкостью и тем самым защищено от высыхания. Живорождение, характерное для людей, зачастую считается отличительной чертой млекопитающих. Правда, некоторые рептилии тоже на это способны, но зачастую они предпочитают не делать окончательный выбор в пользу живорождения. По оценкам ученых, необходимо по меньшей мере сто пятьдесят эволюционных шагов, чтобы перейти от откладывания яиц к живорождению. Небольшая ящерица, австралийский сцинк Saiphos equalis, кажется, находится в промежуточной стадии между двумя методами размножения. Ученые отметили, что некоторые женские особи этого вида, всегда считавшегося живородящим, сначала откладывают яйца, а спустя несколько недель рождают детенышей. К чему такие перемены? Возможно, животные делают выбор между двумя методами размножения в зависимости от внешних обстоятельств.

Рисунок 32. Личинки велигер, принадлежащие морским моллюскам, плывут по морю (1). Глубоководная рыба Pseudoliparis swirei, обитающая в Марианской впадине в Тихом океане (2). Если смотреть на стеклянную лягушку с брюшной стороны, то можно увидеть просвечивающиеся внутренние органы (3). Анна Тинн с дочерьми (фотография 1850 года) (5). Анна была первым исследователем, который успешно держал морских существ в аквариуме (4)