Не пройдет и десятилетия, как по Марсу и Венере поползут наши роботы, передавая на Землю то, что они там «видят». Конечно, космонавты скоро начнут исследовать нашу ближайшую соседку Луну, но условия там слишком суровы, и никто всерьез не ожидает, что на Луне существует хоть какая-то жизнь.
Предположим, что некоторые формы жизни развились на Марсе — условия на этой планете ближе всего к земным. Будут ли эти формы резко отличаться от всего того, например, что в состоянии придумать писатели-фантасты? Или у них будут черты, общие с жизнью, которую мы знаем? На эти темы, конечно, можно лишь фантазировать, но что касается вопросов симметрии, то тут мы можем сделать некоторые обоснованные предположения. На Земле жизнь зародилась в сферически симметричных формах, а потом стала развиваться по двум главным направлениям: образовался мир растений, обладающих симметрией конуса, и мир животных с билатеральной симметрией. Есть веские основания считать, что эволюция на любой планете, раз начавшись, будет происходить подобным же образом.
Простейшие одноклеточные существа плавали в море во взвешенном состоянии без ясно выраженного направления, их постоянно переворачивало, а сферически симметричная форма была естественной. Но, как только эти существа закреплялись за дно моря или за сушу, у них сразу появлялась ось направления верх — низ.
Корень любого растения можно сразу же отличить от его верхней части. Но ни в море, ни в воздухе нет ничего такого, что позволяло бы различать направления справа — налево и вперед — назад. Именно по этой причине все растительные формы имеют в общем-то коническую симметрию: у них нет горизонтальной плоскости симметрии, но зато есть бесчисленное множество вертикальных плоскостей. У дерева, например, есть очевидные вершина и основание, но вряд ли кто отличит у дерева переднюю часть от задней или правую от левой.
Большинство нераспустившихся цветов обладает почти конической симметрией. Плоды иногда бывают сферически симметричными (без учета плодоножки, соединяющей его с растением) — это апельсины, дыни, кокосовые орехи и т. д. Цилиндрическую симметрию (бесконечное множество плоскостей симметрии, проходящих через общую ось, и одна плоскость, перпендикулярная этой оси и делящая ее пополам) имеют такие плоды, как виноград и кабачки; яблоки и груши обладают конической симметрией. (И цилиндрическую и коническую симметрии биологи называют «радиальной симметрией».) Бананы билатерально симметричны. Из-за искривления банан можно разрезать на зеркальные половинки только вдоль одной плоскости.
Существуют ли в растительном мире примеры асимметрии, то есть полного отсутствия плоскостей симметрии? Да, и наиболее разительные примеры такого рода — растения спиральной формы. Как мы узнали из предыдущих глав, спираль нельзя совместить с ее зеркальным изображением. Она, следовательно, может существовать в двух отчетливо различающихся формах: правая спираль, примером которой служит шуруп, врезающийся в дерево, если его вращать по часовой стрелке, и левая спираль — зеркальное изображение правой. Спиральность встречается в растительном мире сплошь и рядом, не только в стеблях и усиках, но и в строении бесчисленного множества зерен, цветов, шишек и листьев, а также в самом расположении листьев на стеблях.
В наиболее правильной форме спиральность проявляется у ползучих и вьющихся растений. Большинство вьющихся растений, поднимаясь по стволам и стеблям других растений, завивается в правую спираль, но известны тысячи видов, вьющихся в противоположную сторону. У некоторых видов существуют и правая, и левая спирали, но обычно направление вращения для данного вида фиксировано и никогда не меняется. Жимолость, например, всегда образует левую спираль, семейство вьюнков (из них широко известен вьюнок пурпурный) — всегда правую. Если два растения одинаковой спиральности переплетаются, обвивая друг друга, то получается довольно правильная двойная «пружина», а если спиральность разная, то образуется безнадежно запутанный клубок. Буйное лево-правое сплетение вьюнка и жимолости, например, всегда пленяло английских поэтов.
В 1617 году Бен Джонсон написал в стихотворении «Очаровательное видение»:
...голубой вьюнок обвил любовно жимолость...
У Шекспира в первой сцене четвертого акта пьесы «Сон в летнюю ночь» королева Титания говорит Основе (голова которого была превращена Пэком в ослиную):
Спи! Я тебя руками обовью...
...Так жимолость душистая с вьюнком[12]
В объятии сплетается двойным венком.
В недавнее время очаровательную песню о любви вьюнка и жимолости написал лондонский поэт Майкл Флэндерс (сам, между прочим, левша), а на музыку эту песню положил его друг Дональд Суонн. Во время посещения Музея естественной истории в Кенсингтоне Флэндерс был поражен экспозицией, рассказывающей о повадках «правых» и «левых» вьющихся растений. Так и родилась его песня «Неудачный союз».
Вьющиеся растения образуют спираль, не только обвиваясь вокруг других предметов. Их стебли скручены в том же направлении. Иногда два или несколько стеблей одного и того же растения свиваются друг с другом, образуя подобие веревки. Бегнониевые[13], например, стремятся образовывать тройные спирали, закрученные вправо, а жимолость — двойные спирали, закрученные влево. Иногда кора на стволах буков, каштанов и других деревьев образует ярко выраженный спиральный узор, который у растений одного и того же вида может завиваться как вправо, так и влево.
Животные, неспособные двигаться самостоятельно и развивающиеся на одном месте, например морские анемоны, обладают обычно радиальной симметрией конического типа, подобно большинству растений. Медленные, малоподвижные животные — иглокожие (морские звезды, морские огурцы) и медузы — точно так же имеют коническую симметрию. Они пассивно плавают в море или лежат на дне, где и пища и опасность приближаются к ним с одинаковой вероятностью со всех сторон. Однако, как только данный вид приобретает способность передвигаться достаточно быстро, у животных этого вида неизбежно появляются свои особенности строения, позволяющие отличить заднюю сторону от передней. В море, например, способность быстро передвигаться в поисках пищи дает животному большое преимущество перед неподвижными и малоподвижными формами жизни. Рот, очевидно, более эффективен, когда он расположен в передней части тела, а не в задней. Одной этой черты — положения рта, — конечно, уже вполне достаточно для того, чтобы отличить переднюю часть тела рыбы от задней (или, как предпочитают говорить биологи, цефальную часть от каудальной). Другие части организма, глаза например, тоже более полезны впереди, около рта, чем сзади. Рыба хочет видеть, куда она плывет, а не где она только что была. Иными словами, сам факт движения в водной среде с неизбежностью привел к тому, что силы, управляющие эволюцией, создали у морских животных черты, отличающие переднюю часть тела от задней.
В то же время сила тяжести вызывает появление различий между верхней и нижней половинами тела, или, если снова обратиться к языку биологов, между дорсальной и вентральной половинами. Когда, например, человек выпрямляется, тогда, конечно, дорсальная и вентральная стороны становятся у него передней и задней, а цефальная и каудальная — верхней и нижней, но в настоящей главе мы ограничиваемся рассмотрением морских животных. А как обстоит дело с правым и левым? Подумав немножко, можно понять, что у морских животных нет различий между правой и левой сторонами. С точки зрения плывущей рыбы направления вперед и назад отличаются очень сильно — сюда она плывет, а оттуда приплыла. Заметная разница существует и между направлениями вверх и вниз. Всплывая, рыба достигает поверхности моря. Опускаясь, натыкается на океанское дно. Но не все ли ей равно — повернуть направо или налево? Повернув направо, она обнаруживает то же самое море с тем же самым содержимым, что и при повороте налево. Нет силы, подобной силе тяжести, которая бы действовала вдоль одного определенного горизонтального направления. Именно по этой причине разные части тела рыбы — глаза, плавники и т. д. — развиваются одинаково справа и слева. Если бы способность смотреть лишь в одну сторону, в правую например, давала плывущей рыбе какие-то преимущества, то у рыб был бы только один глаз — справа. Однако такого преимущества нет. Легко понять, почему сохранилась только одна плоскость симметрии, разделяющая рыбу на правую и левую зеркально симметричные половинки.
Когда пресмыкающиеся (Reptilia) выползли на сушу и превратились в процессе эволюции в птиц и млекопитающих, то и в новой обстановке не было ничего такого, из-за чего стоило бы изменить билатеральную симметрию. Направления вверх и вниз оказывали теперь еще большее влияние на строение тела животного, поскольку для передвижения по земле требовались конечности. Болтающиеся в воздухе ноги принесли бы мало пользы! Конечно, различие между направлениями вперед и назад сохранило всю свою важность. Что касается правой и левой сторон, то в этом отношении и на суше и в воздухе сохранялась та же симметрия, что и в море. Зверь в джунглях или птица в небе видят, что окружающая обстановка слева и справа примерно одинакова. Нетрудно понять, почему тела животных, обитающих на суше и в воздухе, сохранили ту же билатеральную симметрию, что и тела морских животных. Г. С. М. Коксетер в своей прекрасной книге «Введение в геометрию»[14] напоминает, что именно эту билатеральную симметрию Уильям Блэйк описал в известных строках:
«Tyger! Tyger! burning bright
On the forests of the night.
What immortal hand or eye
Dare frame thy fearful symmetry?»
(«Тигр, о тигр, светлогорящий
В глубине полночной чащи!
Чьей бессмертною рукой
Создан грозный образ твой?»)