Самое грандиозное шоу на Земле: доказательства эволюции - Ричард Докинз

Экономика природы работает на солнечной энергии. Фотоны от солнца льются дождем на всю дневную поверхность планеты. Многие фотоны не делают ничего более полезного, чем нагревают скалу или песчаный берег. Некоторые попадают в глаз - ваш, или мой, или сложный глаз креветки, или параболический рефлекторный глаз морского гребешка. Некоторым может посчастливиться попасть на солнечную панель - или искусственную, как ту, что в приступе зеленого рвения я только что установил на своей крыше, чтобы нагревать воду в ванне, или на зеленый лист, который является природной солнечной панелью. Растения используют солнечную энергию, чтобы тянуть "в гору" химический синтез, производя органическое топливо, прежде всего сахара. "В гору" означает, что для ведения синтеза сахара необходима энергия; аналогично, сахар может позже быть "сожжен" в реакции "под гору", которая выпускает (частично) энергию снова, чтобы совершить полезную работу, например мускульную, или работу по постройке большого ствола дерева. "Под гору" и "в гору" - по аналогии с водой, текущей под гору из высокого резервуара и приводящей в действие водяные колеса, чтобы делать полезную работу; или энергично закачанной на гору, в высокий резервуар, так, чтобы она могла позже быть использована для приведения в действие водяных колес, когда потечет под гору снова. На каждой стадии энергетической экономики, или в гору или под гору, некоторая часть энергии теряется - никакая транзакция с энергией никогда не является абсолютно эффективной. Вот почему патентным бюро не надо даже рассматривать проекты вечных двигателей: они невозможны, неумолимо и навсегда. Вы не можете использовать энергию от спуска "под гору" от водяного колеса, чтобы накачать то же количество воды снова в гору, так, чтобы она могла приводить в действие водяное колесо. Должно быть всегда немного энергии, подаваемой извне, чтобы скомпенсировать потери - и здесь вступает солнце. Я возвращусь к этой важной теме в Главе 13.

Большая часть поверхности Земли покрыта зелеными листьями, которые составляют многослойную ловушку для фотонов. Если фотон не пойман одним листом, у него есть хороший шанс быть пойманным листом ниже. В густом лесу немногие фотоны доходят до земли непойманными, и именно поэтому старые леса - такие темные места для прогулок. Большинство тех фотонов, которые представляют собой незначительную часть солнечных лучей, достигающих нашей планеты, попадают в воду, и поверхностные слои моря кишат ловящими их одноклеточными зелеными растениями. В море или на суше, химические процесс, называемый фотосинтезом, поглощает фотоны и использует их, чтобы двигать потребляющие энергию химические реакции "в гору", производя удобные энергосберегающие молекулы, такие как сахар и крахмал. Фотосинтез был изобретен более миллиарда лет назад бактериями; и зеленые бактерии все еще лежат в основе большинства фотосинтезов. Я могу сказать так, потому что хлоропласты - крошечные зеленые фотосинтетические механизмы, которые фактически выполняют задачи фотосинтеза во всех листьях - являются непосредственными прямыми потомками зеленых бактерий. Действительно, поскольку они все еще размножаются автономно на манер бактерий внутри клеток растений, мы можем законно сказать, что они все еще -бактерии, хотя сильно зависящее от листьев, которые предоставляют им жилище и которым они придают свой цвет. Похоже, первоначально свободноживущие зеленые бактерии были пойманы в клетки растений, где они, в конечном счете, эволюционировали в то, что мы теперь называем хлоропластами.

И красиво симметричный факт, что, точно так же, как о химии жизни "в гору" главным образом заботятся зеленые бактерии, процветающие в клетках растений, так же и химия метаболизма "под гору" - медленное сжигание сахара и других видов топлива, чтобы освободить энергию в клетках и животных, и растений - находится в особой компетенции другого класса бактерий, когда-то свободноживущих, но теперь размножающихся в больших клетках, где они известны как митохондрии. И митохондрии, и хлоропласты, произошедшие от различных видов бактерий, обзавелись своим взаимодополняющим химическим мастерством за миллиарды лет до существования любого живого организма, видимого невооруженным глазом. Те и другие были захвачены ради их химических навыков, и сегодня они множатся в жидких внутренностях намного более крупных и более сложных клеток существ, достаточно больших для нас, чтобы их видеть и трогать - клеток растений в случае хлоропластов, клеток растений и животных в случае митохондрий.

Солнечная энергия, захватываемая хлоропластами в растениях, лежит в основе сложных пищевых цепочек, в которых энергия переходит от растений через травоядных, которые могут быть насекомыми, через хищников, которые могут быть насекомыми или насекомоядными, так же как волками и леопардами, через падальщиков, таких как стервятники и жуки навозники, и в конечном счете к разлагающим агентам, таким как грибы и бактерии. На каждой стадии этих пищевых цепочек часть энергии при прохождении расходуется в виде тепла, тогда как часть ее используется для приведения в действие биологических процессов, таких как сокращение мышц. Никакая новая энергия не добавляется после начального поступления от солнца. За несколькими интересными, но незначительными исключениями, такими как обитатели глубинных океанских "курильщиков", чья энергия поступает из вулканических источников, вся энергия, приводящая в действие жизнь, поступает, в конечном счете, из солнечного света, захваченного растениями.

Посмотрите на одинокое высокое дерево, гордо стоящее посреди открытой местности. Почему оно настолько высокое? Не для того, чтобы быть ближе к солнцу! Этот длинный ствол можно уменьшать, пока крона дерева не растянулась бы на поверхности земли, без потери фотонов и с огромной экономией средств. Итак, зачем идти на все эти расходы по поднятию кроны дерева к небу? Ответ ускользает от нас, пока мы не поймем, что естественная среда обитания такого дерева - лес. Деревья высокие, чтобы быть выше конкурирующих деревьев - того же самого и других видов. Не заблуждайтесь, когда видите дерево на открытой местности или в саду с покрытыми листвой ветвями до самой земли. Оно имеет такую округлую форму, столь любимую сержантами-инструкторами, потому что находится на открытой местности или в саду. Вы видите их вне естественной среды обитания, которой является густой лес. Естественная форма лесного дерева высокая и бедная ветками, с большинством ветвей и листьев около вершины - в кроне, которая принимает на себя главный удар дождя фотонов. А теперь, странная мысль. Если бы все деревья в лесу могли бы прийти к некоторому соглашению - вроде антимонопольного соглашения профсоюзов - чтобы расти не выше чем, скажем, 10 футов, все бы оказались в выигрыше. Все сообщество - вся экосистема - могла бы извлечь пользу от экономии древесины и энергии, которые потребляются для создания этих высоких и дорогостоящих стволов.

Трудность поддержания таких соглашений о взаимной сдержанности хорошо известна даже в деятельности человека, где мы можем потенциально использовать дар предусмотрительности. Знакомый пример - предложенное соглашение о том, чтобы сидеть, а не стоять, наблюдая зрелище, такое как скачки. Если бы все сидели, то высокие люди получали бы по-прежнему лучшее обозрение, чем низкие, так же, как если бы все они стояли, но с тем преимуществом, что сидеть комфортнее для всех. Проблемы начинаются, когда один низкий человек, сидящий позади высокого, встает, чтобы получить лучший обзор. Немедленно человек, сидящий позади него, встает, чтобы видеть хоть что-нибудь вообще. Волна вставания проносится по сектору, пока все не встанут. В конечном итоге все проигрывают больше, чем если бы они все оставались сидящими.

В типичном старом лесу полог можно представить как воздушный луг, в точности такой же как холмистые травяные луга прерий, но поднятый на сваях. Полог собирает солнечную энергию почти в том же объеме, что и луг. Но существенная доля энергии "тратится впустую", непрерывно питая сваи, которые не делают ничего более полезного, чем поднимают "луг" высоко в воздух, где он собирает точно такой же урожай фотонов, как это было бы - по намного меньшей стоимости - если бы он лежал прямо на поверхности земли.

И это оставляет нас наедине с различием между спланированной и эволюционной экономикой. В спланированной экономике не было бы никаких деревьев, или уж точно никаких очень высоких деревьев: никакого леса, никакого полога. Деревья - лишние расходы. Деревья расточительны. Стволы деревьев - стоящие памятники бесполезному соревнованию - бесполезному, если мы мыслим категориями плановой экономики. Но экономика природы не спланирована. Отдельные растения конкурируют с другими растениями, того же самого и других видов, и в результате они становятся все выше и выше, намного выше, чем рекомендовал бы любой проектировщик. Однако не безгранично. Наступает момент, когда вырастание еще на фут выше, хотя и будет давать преимущество в соревновании, будет стоить так дорого, что данное конкретное дерево, сделавшее это, на самом деле окажется в убытке по отношению к конкурентам, которые воздержались от лишнего фута. Именно этот баланс стоимости и прибыли окончательно и определит высоту, до которой вынуждены расти деревья, а не преимущества, которые рациональный планировщик посчитал бы для деревьев как для группы. И, конечно, баланс приведет к различным максимумам в разных лесах. Секвойные леса тихоокеанского побережья (посмотрите на них, пока живы), вероятно, никогда не были превзойдены.