Воображаемая жизнь (ЛП) - Трефил Джеймс - Страница 40

Когда жизнь, будь то микробная или многоклеточная, ограничивается океаном, выталкивающая сила всегда будет поддерживать её, потому что физические объекты всегда будут вытеснять определённое количество воды. Однако когда жизнь выходит на сушу, всё меняется: лишенные поддержки выталкивающей силы воды, живые существа должны найти способ поддерживать себя в условиях действия силы тяжести.

Мы можем получить некоторое представление о том, как происходит этот переход, взглянув, как процесс выхода на сушу происходил на Земле. Точная дата его по-прежнему является предметом дискуссий. Генетический анализ показывает, что зелёные водоросли образовали слизистый слой на прибрежных скалах ещё 610 миллионов лет назад, и существуют ископаемые свидетельства наличия спор (присутствие которых указывает на процветание наземной растительной жизни) около 450 миллионов лет назад. Однако мы знаем, что растения (а позже и животные) выработали в процессе эволюции стратегии борьбы с утратой опоры в виде выталкивающей силы. По нашим представлениям, они подразделяются на два противоположных друг другу класса, которые мы схематично представим как омар против скелета или, для тех, кого больше интересует архитектура, как романская церковь против современного небоскрёба.

Суть такова: у каждого живого существа на суше должна быть какая-то граница, которая отделяет его от окружающей среды, и оно должно каким-то образом поддерживать себя и противостоять силе тяжести. Вопрос здесь в том, выполняет ли эти две функции один и тот же структурный элемент, или же разные.

Экзоскелет омара (и других организмов, например, насекомых) и стены романской церкви выполняют обе эти функции одновременно: они отделяют внутреннюю среду от внешней и поддерживают вес тела. В противоположность им, человеческий скелет и стальной каркас современного небоскрёба держат на себе вес, но оставляют функцию разграничения другим структурам. В случае с людьми кожа отделяет нас от окружающей среды, но не играет никакой роли в противодействии силе тяжести. То же самое можно сказать и о стеклянных ненесущих стенах, которые так часто используются в современных небоскребах. Мы не видим причин, по которым живые системы на Здоровяке не могли бы использовать стратегии обоих типов: мы ожидаем, что скелеты живых существ там будут более мощными, чем у их земных собратьев, а «кожа» обладающих скелетом существ планеты, вероятно, должна быть толще нашей, чтобы выдерживать свой собственный вес.

Чтобы получить некоторое представление о том, как могли бы эволюционировать живые организмы на Здоровяке, мы можем вернуться к 17 веку и работе Галилео Галилея. Хотите верьте, хотите нет, но последняя из написанных им книг, «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки» (1638), очень важна для обсуждения жизни на суперземлях. «Две новых отрасли науки», упомянутые в названии, — это то, что мы сегодня назвали бы наукой о материалах, и наукой о движении брошенного тела. Нас интересует первая из них.

Одну из проблем, к которым обращался в этой книге Галилей, подсказало его давнее сотрудничество с Венецианским Арсеналом, Пентагоном тех времён. Её можно сформулировать просто: когда инженеры хотели построить судно большего размера, они брали конструкцию судна меньшего размера, которая идеально соответствовала требуемым характеристикам, и просто удваивали все размеры. К их удивлению, судно большего размера показывало себя уже не так хорошо. Объяснение этого факта было, по сути, одной из «новых наук», которые изучал Галилей. Его результаты играют решающую роль в определении того, как будут развиваться организмы на суперземле вроде Здоровяка.

Чтобы понять его доводы, начните с того, что представьте себе куб из какого-то материала с длиной стороны 1 фут (около 30 см). На нижнюю поверхность этого блока должен приходиться вес только одного этого блока. Теперь удвойте все размеры, сложив другие блоки со сторонй в 1 фут, чтобы у нас получился куб из восьми блоков с длиной стороны 2 фута (около 60 см). Теперь вес, приходящийся на нижнюю поверхность исходного блока, будет вдвое больше, чем был раньше — он должен выдерживать и собственный вес, и вес блока сверху. Ещё раз удвойте размеры, сложив в куб 64 блока (длина стороны 4 фута, или 1,2 метра), и нижняя грань исходного 1-футового блока должна будет выдерживать вес уже четырёх таких блоков. Продолжайте увеличивать размер штабеля по вертикали, и вес, приходящийся на нижнюю поверхность исходного блока, будет продолжать увелчиваться.

В итоге мы достигнем точки, где прочность материала исходного блока уже не сможет выдерживать накопившийся на нём вес, и исходный блок рассыплется. Это означает, что существует максимальная высота, до которой может увеличиться куб, прежде чем начнёт разрушаться. Это, кстати, объясняет, почему на Земле нет гор высотой более 5 миль (7,5 км) — высота горы Эверест. Нагромождение ещё большего количества материала на высокую гору привело бы к растрескиванию и разрушению нижележащих скальных пород, поэтому высота гора не могла бы увеличиваться дальше. К тому же это говорит ещё и о том, что самые высокие горы на Здоровяке будут достигать высоты примерно 13 000 футов (4 км) или около того — где-то вдвое меньше высоты Эвереста. (Для читателей с математическим складом мышления отметим, что довод Галилея основывается на том факте, что объём и, следовательно, масса конструкции зависят от куба, тогда как размер площади опоры — от квадрата её размеров.)[11]

Одним из следствий этого является то, что, захотев создать постройку или организм большего размера, мы не можем просто увеличить все их размеры. Мы должны дополнительно изменить ещё и форму конструкции. Например, в случае со сложенными блоками мы могли бы наложить их ещё больше, если бы нижняя часть конструкции представляла собой прямоугольник, а не куб. Чем больше штабель, который мы хотели бы сложить, тем шире мы должны сделать его основание.

Мы видим, как этот принцип действует у животных на Земле. Сравните, например, форму тела муравья, чей крошечный вес могут выдерживать тонкие ноги, и очертания слона, которому нужны толстые ноги и большие ступни, способные выдерживать его массу. На Здоровяке, где всё, что находится на суше, должно противостоять его увеличенной силе тяжести, мы ожидаем, что живые существа — как растения, так и животные — будут низкорослыми и приземистыми. Единственным исключением из этого правила, как на Здоровяке, так и на Земле, были бы организмы вроде китов, которые живут в океане, могут пользоваться преимуществами принципа плавучести, и могут быть, по сути, какого угодно облика.

Мимоходом отметим, что один из авторов (Дж. Т.) является поклонником классических научно-фантастических фильмов 1950-х годов. В них часто встречаются злобные гигантские насекомые, но это насекомые, которые просто увеличены по сравнению с их нормальным размером при сохрении тех же очертаний. И всё же одной вещи Галилей нас научил: гигантские муравьи не просто не смогут угрожать героиням таких фильмов — они рухнут под собственным весом.

Если бы наземные организмы на Здоровяке избрали для противодействия гравитации стратегию скелета, мы могли бы поинтересоваться, каково было бы строение этого скелета. Ответ может оказаться довольно сложным. Это, безусловно, относится к людям: дело в том, что кость принадлежит к числу самых сложных и загадочных конструкционных материалов, которые нам известны. Начнём с простого вопроса: почему у людей на Земле так часто бывают переломы костей? Можно подумать, что при той чрезвычайной угрозе для выживания, которую может представлять сломанная кость для гоминида, естественный отбор привёл бы к появлению костей, сломать которые гораздо труднее, чем те, которыми снабжены мы.

Обычный довод, который слышится по этому поводу от сторонников теории эволюции, состоит в том, что построение костей — очень затратный процесс, поэтому естественный отбор проводит своего рода анализ затрат и выгод. Польза от более прочных костей должна уравновешивать пользу, которую можно получить при использовании необходимой для этого энергии в какой-либо иных целях (например, для улучшения зрения). Справедливое замечание, хотя это будет слабым утешением для тех из наших собратьев, которых мы видим разгуливающими с гипсом и бандажами.