Устойчивые тенденции. Крупные тела и большой мозг

Как и историю сложных явлений в целом, историю крупных форм жизни определяли случайность и необходимость. Колоссальную роль первой иллюстрируют массовые вымирания. Без них биосфера сегодня выглядела бы совершенно иначе. Но эволюция никогда не сводилась к случайным событиям. Одни изменения были более вероятны, чем другие. Таким образом, хотя история крупных форм жизни развивается по принципу серендипности[110], в ней есть и устойчивые тенденции, которые сохранялись, несмотря на смятение, вызванное падением астероидов, извержениями вулканов и массовыми вымираниями. Эти устойчивые тенденции для нас не менее важны, чем внезапные катастрофы.

Одной из таких тенденций было стремление к крупным размерам. В первую очередь оно вообще подарило нам многоклеточных. Оно же стимулировало развитие все более и более крупных организмов, потому что в эволюционном плане быть великаном часто оказывалось выгодно. В конце концов, на крупные организмы охотится меньше хищников. Попробуйте впиться зубами в синего кита! Кроме того, им нужно меньше пищи на единицу веса тела, и обычно им легче избежать катастрофического высыхания[111]. Наконец, атмосферный режим с высоким содержанием кислорода, установившийся в начале фанерозойского эона, обеспечил дополнительную энергию, необходимую для поддержки больших многоклеточных организмов. По-видимому, очень большие существа особенно хорошо себя чувствовали при самых высоких уровнях кислорода, что обычно означает низкое содержание углекислого газа и более холодный климат. Это верно как для суши, так и для океана, потому что холодная вода может удержать больше кислорода, чем теплая.

Когда содержание кислорода выросло, во множестве разных эволюционных линий стали экспериментировать с телами побольше. В каменноугольном и пермском периодах появляются гигантские насекомые и позвоночные. В те времена можно было встретить стрекозу с размахом крыльев в полметра или существо вроде скорпиона длиной 90 сантиметров и весом 20 килограммов. Первые рептилии появились в каменноугольном периоде, который начался около 320 млн лет назад. Они относились к новой группе животных, амниотам, в число которых входят рептилии, птицы и млекопитающие. В отличие от амфибий амниоты могут размножаться вдали от воды, потому что их детеныши развиваются в защищенных яйцах, сумках или утробе. В конце концов среди рептилий оказались одни из самых крупных животных, которые когда-либо вышагивали, ковыляли, переваливались и скакали по суше.

За массовым вымиранием в конце пермского периода последовала новая адаптивная радиация в триасовом (250–200 млн лет назад). Здесь мы видим первых крупных динозавров (не все динозавры большие!). Но в позднем триасе уровень кислорода снова падает, мир нагревается, и большим многоклеточным жить становится труднее. Триасовый мир резко оборвался 200 млн лет назад еще одной парниковой катастрофой с массовым вымиранием. Выжившие династии динозавров развили очень эффективные механизмы дыхания для бедной кислородом среды. Возможно, эти механизмы способствовали бипедализму (вспомните тираннозавра и современных птиц), потому что у двуногих рептилий грудная клетка более раскрыта и движение не препятствует дыханию, как при ходьбе вразвалку, свойственной четвероногим рептилиям. В юрском периоде (200–150 млн лет назад) содержание кислорода снова выросло до нынешнего уровня. Динозавры снова увеличились в размерах. Самые крупные из них топали по Земле в позднем юрском и меловом периодах (160–65 млн лет назад). В их распоряжении были более эффективные легкие, чем у их триасовых предков, и они приводили в движение свои гигантские тела с помощью огромной энергии, которую можно было получить из богатой кислородом атмосферы.

Первые настоящие птицы появились в позднем юрском периоде. Они тоже жили за счет высокого уровня кислорода в атмосфере, потому что, как известно любому пилоту, для полета нужно много энергии. Останки археоптерикса, одного из древнейших птицеподобных созданий, нашли в Германии в 1861 году, всего через два года после публикации «Происхождения видов» Дарвина. Он жил около 150 млн лет назад и по размерам напоминал ворону. Эта находка послужила для Дарвина мощным свидетельством в пользу теории эволюции путем естественного отбора, потому что продемонстрировала переходный вид между рептилией и птицей. У археоптерикса было много птичьих свойств, но сохранились и характерные для рептилий, например когти, костяной хвост и зубы. Новейшие находки показали, что в меловом периоде возникло множество видов зубастых птиц, которые сосуществовали с летающими динозаврами.

Млекопитающие, как и другие амниоты (рептилии и птицы), тоже возникли после пермского вымирания. В конце концов и среди них появились великаны, но это случилось почти через 200 млн лет. До того они в основном вели скромную безвестную жизнь на задворках мира, где царили динозавры. На протяжении триаса, юрского и мелового периодов (250–65 млн лет назад) большинство млекопитающих были мелкими норными созданиями, примерно как современные грызуны.

Млекопитающие – класс теплокровных животных, родственный другим амниотам, рептилиям и птицам. Но у этого класса есть существенные отличия. Их мозг включает в себя неокортекс, которому они обязаны прекрасными вычислительными способностями. У них есть шерсть (да, даже у человека, хотя и меньше, чем у большинства других), и чаще всего они сильнее заботятся о потомстве. Млекопитающими животных нашего класса первым назвал Карл Линней, основатель современной таксономии, в связи с другой отличительной характеристикой: все они кормят своих детенышей молоком из молочных желез. Для палеонтологов самая явная отличительная черта их останков – это зубы. Даже у древнейших млекопитающих в нижних и верхних зубах есть углубления, благодаря которым те входят друг в друга и животные могут поедать новые виды пищи, пережевывая ее лучше, чем большинство рептилий.

Млекопитающим свойственна еще одна мощная эволюционная тенденция – к более сложной обработке информации. В целом это проявляется на протяжении всего фанерозоя, но среди животных особенно, и наиболее ярко среди млекопитающих.

Мы видели, что все живые организмы – информоядные. Они собирают информацию, перерабатывают ее и действуют соответственно ей. У примитивных организмов, включая прокариот, вторая стадия (обработка) присутствует в зачаточном виде, часто она практически сводится к действию выключателя, например: «Здесь слишком жарко, так что вращай жгутиком по часовой стрелке и быстро уходи». Простые рефлексы боли и удовольствия во многом эффективно управляют обработкой информации даже у примитивных многоклеточных.

Но, по мере того как организмы становились крупнее и сложнее, им нужно было все больше информации о том, что их окружает. Естественный отбор дал крупным организмам тягу к большему количеству информации, потому что ее качество оказывалось жизненно важно для их успеха. Вот почему головоломки «щекочут» человеческий мозг не хуже еды и секса[112]. Кроме того, естественный отбор дал крупным организмам больше средств восприятия и больше их типов: для звука, давления, кислотности, света. Он также вызвал расширение репертуара возможных реакций. С увеличением количества и диапазона входящих и исходящих данных стадия обработки стала сложнее, и этой задаче оказалось отведено больше нервных клеток. У животных нервы стали собираться в узлы, ганглии, и мозги, образуя сети переключателей типа транзисторных, где соединяются сотни, миллионы или миллиарды нейронов, способных проводить вычисления параллельно. Это позволило моделировать важные свойства внешнего мира и даже возможное развитие событий в будущем. Ни одно из существ, у которых есть мозг (даже мы с вами), не взаимодействует с окружающей средой напрямую. Напротив, мы все живем в богатой виртуальной реальности, которую строят наши мозги. Они генерируют и постоянно обновляют карты самых важных свойств нашего тела и того, что его окружает, точно так же как современные климатологи моделируют окружающую среду с ее изменениями[113]. Эти карты позволяют нам поддерживать гомеостаз. Они помогают большую часть времени правильно реагировать на бесконечный поток изменений, пронизывающий все вокруг нас.

У обладателей мозга принятие решений происходит на нескольких разных уровнях. Иногда решение требуется быстро, когда нет времени, чтобы тщательно все обдумать. Есть более медленные и громоздкие механизмы, зато они дают больше вариантов. Простые выключатели рецепторов боли управляют существенной долей поведения даже у самых сложных многоклеточных. Коснитесь рукой пламени, и вы ее отдернете прежде, чем успеете об этом подумать. Эмоции, которыми руководит лимбическая система, тоже позволяют быстро принимать решения, чаще всего правильные, создавая предрасположенности и предпочтения, которые формируют многие из этих решений. Чарльз Дарвин понимал, что эмоции – это средство принятия решений, которое развилось в процессе естественного отбора, чтобы помогать организму выжить. Антилопа, которой хочется обниматься со львами, вряд ли передаст свои гены потомству. Самые базовые эмоции, те, что хуже всего поддаются осознанному контролю, кажется, всплывают в нас, как пузырьки. Это страх и гнев, удивление и отвращение, а также, вероятно, чувство радости. Они склоняют нас к определенным реакциям и посылают химические сигналы, которые готовят тело к тому, чтобы бежать или сосредоточиться, напасть или обняться[114]. Эмоции управляют принятием решений у всех животных с крупным мозгом, а некоторые из них, такие как страх, вероятно, есть у всех позвоночных и даже у ряда беспозвоночных, особенно у самых умных, например осьминогов. Эмоции создают предпочтения в области долгосрочных результатов и поведения, и эти предпочтения находятся за пределами человеческих понятий о смысле и этике.

То, что мы часто называем разумом, – это всего лишь один из многих биологических механизмов принятия решений. Он выносит резолюции по важным вопросам, если мозг достаточно большой, если хватает времени и если другие системы зашли в тупик и не могут дать четкого ответа. Нужно ли мне тратить столько энергии на бег, если на самом деле гонится за мной не лев? Исходят ли от моего соперника пустые угрозы, или я должен отреагировать?

Ощущения, эмоции и мышление вместе образуют внутренний субъективный мир, в котором живут все люди и, вероятно, многие другие виды с крупным мозгом. То, что мы называем сознанием, это, по-видимому, состояние резко сфокусированного внимания, к которому, как в суде, взывает мозг, когда нужно принимать новые, сложные и важные решения. Отсюда можно заключить, что в какой-то степени сознание есть у многих организмов, мозг которых достаточно велик, чтобы обеспечить необходимое рабочее пространство для принятия действительно сложных решений[115]. Но в штатном режиме это не нужно.

Добавьте к этим системам принятия решений память, и вы получите основу сложного обучения, способность регистрировать результаты решений, принятых ранее, и использовать эти данные, чтобы усовершенствовать процесс в будущем. Так, рыбы-губанчики чистят зубы рыбам, которые легко могли бы съесть их. Но им приходится выучить, кто из клиентов их не съест и сможет предоставить бесплатное питание в щелях между зубов. Память может хранить результаты сознательных решений и использовать их для быстрой автоматической реакции. Если вы уже научились водить машину, вам не нужно мысленно прокручивать длинную последовательность действий при виде красного света. Тело просто проделывает их. Вы даже не заметите, как нога жмет на тормоз.

Эти сложные системы принятия решений и моделирования формировались на протяжении всего фанерозоя. Особенно ярко они развились у животных, потому что им приходится принимать гораздо больше решений, чем растениям. У большинства беспозвоночных нейронные сети по-прежнему распределены по всему телу, хотя часто скапливаются в определенных узлах, или ганглиях. Некоторые беспозвоночные, например осьминоги, построили из таких сетей мощные системы обработки информации; большинство нейронов осьминога сосредоточено в щупальцах. У позвоночных многие нейроны тоже проходят глубоко в тело, где поддерживают связь с клетками органов чувств и моторными клетками – исполнителями решений. Но когда средств восприятия стало больше, а обработка стала критичной, все больше нейронов начало сосредоточиваться в мозге, где они превратились в специализированных обработчиков информации. Обработка информации оказалась особенно важна для птиц и млекопитающих, которые сложно устроены и расходуют много энергии, хотя эти очень разные типы организмов развили разные подсистемы, чтобы управляться с большими объемами данных[116].

Тем, что обрабатывать информацию становилось все важнее, можно объяснить эволюцию и рост у млекопитающих коры – внешних серых слоев мозга. Кора обеспечивает большое пространство для вычислений и значительно увеличивает вычислительные возможности, поэтому у млекопитающих стало лучше получаться решать задачи в незнакомых ситуациях или когда другие системы принятия решений зашли в тупик. В конце концов у самых мозговитых из них развились системы общей обработки информации и решения задач, которые по сравнению с аналогичными системами у бактерий все равно что интернет по сравнению с деревянными счетами. Эволюция этих мощных систем в итоге должна была привести к информационному взрыву, который произошел благодаря нашему выдающемуся виду.