Инопланетяне по Дарвину

Учитывая высочайшие шансы встречи с инопланетной формой жизни, совершенно неудивительно, насколько бурно сейчас развивается астробиология. В поиск внеземных форм жизни в США и Европе вкладывают сотни миллионов долларов. Таким инвестициям может позавидовать практически любая отрасль науки.

Опубликовано множество научных статей с попытками анализа, как могут выглядеть инопланетяне: например, см. работы Беннера (2003), Дэвайса (2009), Ротшилда (2009), Ротшилда (2010), Шостака (2015). Например, Шостак из проекта SETI высказывает мнение, что мы скорее встретимся с некоей искусственной формой жизни (может быть, роботы под управлением ИИ).

В любом случае интересно знать, как выглядит биологическая форма, создавшая этот ИИ.

До сих пор попытки были сугубо механические предсказать это — путём экстраполяции опыта земной эволюции (к сожалению, мы пока знакомы с опытом эволюции только на одной планете, поэтому иные экстраполяции делать сложно). Например, известно, что в ходе эволюции глазоподные органы (фоторецепторы и глаза) эволюционировали по крайней мере 40 раз (или до 65) и присутствуют у 95% земных животных. Так что нечто подобное должно быть и у инопланетян. Таким же образом делаются и другие механические экстраполяции о химии и физике инопланетян. Например, углерод в изобилии встречается во Вселенной, существует в разных формах, образует многообразные химические соединения и есть в межзвёздном веществе — логично предположить, что инопланетная жизнь должна быть основана на углероде. Но всё это чистые экстраполяции. Нет никакой теоретической причины, почему инопланетяне не могут быть кремниевой безглазой формой жизни.

Другой вариант предсказания вида внеземных форм жизни — использовать теорию. В данном случае это теория эволюции. По крайней мере, именно эта теория позволила предсказать и описать множество биологических эффектов на Земле: от поведения животных до их морфологии. Например, почему некоторым организмам, особенно насекомым, нужно изменять пол своего потомства или почему мужчины у людей должны быть крупнее, чем женщины. Эволюционная теория действительно работает на практике и способна предсказывать и описывать реальные эффекты. Так почему бы не применять эту (универсальную) теорию в попытке описать возможный внешний вид инопланетян? Группа учёных из департамента зоологии Оксфордского университета — Сэмюель Левин (Samuel R. Levin), Томас Скотт (Thomas W. Scott), Хелен Купер (Helen S. Cooper) и Стюарт Вест (Stuart A. West) — впервые в истории науки попытались объединить механический и теоретический подходы для решения этой задачи, то есть для описания внешнего вида инопланетян. Их научная статья «Инопланетяне по Дарвину» (“Darwin’s aliens”) опубликована 1 ноября 2017 года в «Международном журнале астробиологии» (doi: 10.1017/S1473550417000362).

В своей работе они рассуждают о некоторых аспектах теории эволюции. Например, должен ли у инопланетян существовать естественный отбор и к каким последствиям это приведёт в случае его существования.

Затем они рассматривают конкретный возможный вид инопланетных организмов: сложные многоклеточные организмы. Как такие организмы появились в ходе земной эволюции, как они могут возникнуть в другой части Вселенной и какие биологические свойства можно ожидать у инопланетян.

Дарвин объяснил, что естественный отбор работает благодаря трём функциям:

разнообразие (существа отличаются друг от друга по поведению и строению);
репродуктивный успех (некоторые признаки поведения или тела увеличивают вероятность оставить больше потомства, чем оставят сородичи).
наследуемость (существа передают свои признаки потомству);

Эти три функции схематично изображены на рисунке ниже

Успешные признаки постепенно накапливаются в популяции, так и происходит эволюция. Из-за изменения природных или других условий могут стать выгодными другие признаки, поэтому эволюция не останавливается.

То есть для существования естественного отбора нужно наличие всего трёх вышеперечисленных функций: разнообразие, репродуктивный успех и наследуемость. Если они есть — идёт естественный отбор, независимо от генетической системы организма или от типа планеты.

Естественный отбор объясняет не только причину эволюции, но и причину адаптации. Даже земная природа показывает, что в ходе эволюции организмы способны приспособиться к жизни в самых невероятных условиях. Если дать организму достаточно времени — то в итоге он приобретёт такой вид, как будто специально был спроектирован для жизни именно в этих условиях. Это своеобразный «дизайн без дизайнера», всё происходит естественным путём.

Случайные мутации тоже могут двигать процесс эволюции, но без естественного отбора они практически бессмысленны. Совсем невелика вероятность, что сложные органы вроде лёгкого или глаза могут появиться в результате случайных мутаций. Здесь естественный отбор играет роль эдакой направляющей силы, когда выбираются только нужные мутации, как будто заранее создаётся дизайн нужного организма, который будет наиболее приспособлен именно к этим условиям.

Итак, будет ли действовать естественный отбор на других планетах в космосе, задают вопрос учёные из Оксфордского университета. И сразу же отвечают: да. Теория эволюции говорит, что иначе быть не может, разве что для самых простых молекул. Без дизайнера единственный способ получить приспособленное к условиям организм, который направлен на максимальное размножение — это естественный отбор.

Левин с коллегами призывают не отвлекаться на определение жизни и конкретных функциональных отличиях «живого» от «неживого» (репликация, метаболизм), потому что без естественного отбора организм не сможет приспособиться к окружающим условиям. Следовательно, такую инопланетную форму жизни мы просто не обнаружим.

Например, на иллюстрации внизу изображены три варианта инопланетной жизни. Первый вариант — простая молекула. Если даже считать этой формой жизни, то она настолько проста, что не сможет пройти естественный отбор. Второй вариант — тоже очень простое существо в виде клетки. Но оно уже сможет приспосабливаться к окружающим условиям. Наконец, справа изображено существо с большим количеством замысловатых органов, работающими вместе. Это даёт самую большую приспособляемость. Такое существо могло претерпеть наиболее значительные изменения в ходе естественного отбора, то есть оно дольше остальных приспосабливалось к изменению внешних условий.

Здесь мы подходим к понятию сложности. Учёные выдвигают аргумент, что именно такое сложное существо должно быть больше простых приспособлено к внешним условиям и их изменению — это просто следует из теории эволюции. Оно дольше всех эволюционировало — отсюда и такой вывод.

Получается, можно логично предположить, что наиболее приспособленные инопланетяне, которых мы можем встретить, будут сложными существами с большим количеством разнообразных органов. Но это необязательно, потому что естественный отбор не обязательно предполагает повышение сложности для адаптации. Однако мы можем точно сказать, что они будут более интересными для нас.

Авторы научной работы уделяют внимание вопросу, как возникает сложность. То есть как простые организмы становятся всё более сложными. Ответ — основные переходы (major transitions).

Основным переходам в эволюции присущи несколько свойств:

Маленькие объекты могут объединиться и сформировать более крупный объект (хромосомы, эукариоты, многоклеточные колонии).
Более мелкие объекты часто выделяются и существуют внутри более крупных объектов (ДНК и протеины, органеллы).
Более мелкие объекты теряют способность размножаться в отсутствие более крупного объекта (ДНК, хромосомы, органеллы).
Более мелкие объекты могут нарушить функциональность более крупного объекта (партеногенез, рак).
Появляются новые типы передачи информации (ДНК-протеины, наследственность клеток).

Основные переходы очень важны в эволюции, потому что благодаря им в ходе естественного отбора возникают организмы большей сложности. Жизнь на Земле прошла через множество таких основных переходов, как показано на иллюстрации.

Как же будут выглядеть инопланетяне, которые в ходе естественного отбора повысили свою сложность путём множества основных переходов? Можно предсказать несколько признаков, которыми они будут обладать.

1. Наличие более крупных сущностей, созданных из более мелких сущностей со вложенной иерархией. Сложность иерархии и количество уровней вложения зависит от количества основных переходов. Например, в продвинутых случаях можно предположить «общество обществ», где между собой сотрудничают много социальных колоний, а каждая из них специализируется на своей функции.

2. Независимо от количества переходов, должно быть нечто, что объединяет интересы или устраняет конфликты между сущностями на уровне каждого перехода.

3. В соответствии с теорией, должно быть нечто для ограничения роста популяции — самый простой и лучший способ устранения конфликтов между сущностями.

Как устраняются конфликты?

Это может быть нечто вроде общего для всех партнёра для спаривания, как при эусоциальности — наивысшего уровня социальной организации животных на Земле. Такое возможно при объединении похожих сущностей. Наличие общей для всех пары для спаривания объединяет интересы всех членов. Или что-то вроде ограничения одноклеточности (single cell bottleneck) в многоклеточных организмах.

Другой вариант, если объединяются разные сущности. Например, как митохондрия и ядро осуществляют совместное размножение. Если разнородные индивидуальные сущности объединены вместе, то их интересы тоже объединяются.

В конце концов, конфликты интересов сущностей могут решаться с помощью обоих вышеуказанных вариантов, как у людей.

Итак, в соответствии с теорией эволюции, инопланетяне должны пройти естественный отбор. Это могут быть сложные существа, которые прошли через ряд основных переходов и выработали соответствующие механизмы для решения конфликтов между сущностями, которые возникают в ходе основных переходов. Следовательно, у них должна быть сложная иерархия сущностей. Ну вот, когда всё ясно, осталось их только найти.