Законы биологии и межзвездные полеты

Летающий город. Один из футуристических проектов, выполненный для второй выставки «Футурама» в Нью-Йорке, 1964 г. Дизайнер Ричард Арбиб.
Источник: альбом «Out of Time», 2000

За последние годы в нашей Галактике открыто несколько десятков солнцеподобных звезд с обращающимися вокруг них планетами. Наблюдениями установлено, что по своему химическому составу, структуре и характеру движения Солнечная система не является уникальной даже в пределах нашей Галактики. Нет также оснований считать, что в пределах одной галактики могут действовать разные законы природы. Это значит, что эти законы неминуемо должны привести к зарождению Жизни и в других звездных и планетных системах, как и в нашей.

Попытки установить контакт с иными цивилизациями в 1960–1970-е годы прошлого века с помощью радиотехнических средств к успеху не привели. Самый надежный и убедительный способ – это, конечно, слетать к этим звездам и на месте обнаружить следы жизни. Но, например, за время полета к звездам произойдет смена многих поколений участников экспедиции. Понимая это, основоположник теоретической космонавтики Константин Циолковский выдвигал идею совершать межзвездные путешествия колониями. Как же будут решаться биологические проблемы в этих колониях?

В 1969 году доктор Джон Колхаун из Института психического здоровья в Пулсвиле (штат Мэриленд, США) создал мышиный «рай» под названием «Универсум-25», где были все необходимые условия для полноценного развития колонии. Мыши резвились на обширном пространстве при оптимальной температуре. Прекрасные условия жизни и необходимые прививки предохраняли их от болезней. Были предусмотрены также специальные отделения для беременных мышек, чтобы ничто не препятствовало им свободно размножаться. «Рай» был рассчитан на 4 тыс. особей.

Сначала поселили в нем четыре супружеские пары. Чувствовали они себя здесь прекрасно, и через год население «рая» насчитывало уже тысячу мышей. Некоторые из них дожили до мышиных седин (800 дней), что в пересчете на человеческий возраст составляет 80 лет. Однако вскоре что-то в этом «раю» испортилось. Третье поколение самцов устраивало между собою кровавые драки, во время которых множество мышей было загрызено победителями. И все же появилось на свет четвертое поколение, хотя и менее многочисленное. Мужские представители этого поколения уже не дрались между собой. Колхаун назвал их «красавцами», так как они отличались замечательным мехом, не тронутым зубами соперников. Но потомства они не дали.

Экспериментатор пробовал спасти поколение «красавцев», переселив их в другие клетки, к обычным, «не райским» самкам. Ничего не помогло: в один из майских дней 1973 года умер естественной смертью последний житель «Универсума-25».

По мнению Р. Чайченко, ученого-биолога из Киевского университета, прежде всего эксперимент Колхауна подтвердил известное положение об эволюционной бесперспективности изолятов, где утрачивается пластичность вида, и популяция как бы застывает. Кроме того, в каждой популяции существует «зараженность» летальными генами.

В обычных условиях при свободном скрещивании многочисленных особей все эти вредные мутации оказывают лишь небольшое отрицательное влияние на жизнь популяции (здесь включается сложный генетико-компенсационный механизм). Иное дело, когда происходит близкородственное скрещивание. При этом вредная изменчивость начинает проявляться и нередко приводит к разрушительным последствиям (таковы биологические основы юридических законов, запрещающих браки между ближайшими родственниками).

Интересно было бы этот эксперимент продолжать с целью определения условий, при которых популяция не вымирает. Необходимо было бы также определить то минимальное число супружеских пар, при котором все же продолжается нормальное развитие изолята. Эти эксперименты очень важны для претворения в жизнь идеи Константина Циолковского о полетах к звездам несколькими колониями. Тогда между ними появится возможность взаимного обмена женщинами и мужчинами для продолжения здорового потомства.

Возникает также очень интересный вопрос: можно ли экстраполировать результаты эксперимента на всю Землю? Ведь она тоже ограничена и является своего рода «изолятом», если не удастся выйти за пределы Солнечной системы. Не произойдет ли взаимное уничтожение людей при насыщении (достижении критической массы), как в мышином «рае»?

Инверсия производной

В начале 1970-х годов, занимаясь изучением аквариумных организмов, советский ученый В. Щербаков подметил любопытную закономерность. Оказывается, прирост численности организмов определяется скоростью изменения условий среды, так называемым правилом производной. Оно гласит: относительный прирост численности организмов в популяции при изменении какого-либо фактора среды прямо пропорционален производной количественной меры этого фактора за время наблюдения.

Так, при стабильных условиях изменения численности популяции не происходит. Если условия (чаще всего это количество пищи) ухудшаются, производная становится отрицательной, популяция вымирает. Наоборот, если условия имеют тенденцию к улучшению, популяция претерпевает «демографический взрыв».

Эксперименты подтвердили открытую закономерность. Так, для получения в искусственных условиях личинок веслоногих рачков (науплиусов) Щербаков применил разработанный на ее основе метод «инверсии производной». Сначала для рачков создавались условия, ставившие их на грань вымирания. Через несколько дней или недель условия улучшались, так что производная основного фактора меняла знак, становясь положительной. Именно в это время, когда условия сами по себе были еще неблагоприятны, но быстро улучшались, появилось множество личинок. Когда же условия становились близкими к оптимальным, производная приближалось к нулевому значению и количество «новорожденных» резко сокращалось, при этом падала и естественная убыль. Интересно, что при отлове веслоногих рачков в водоемах и пересадке их в аквариум популяция быстро вымирает, и только метод инверсии производной позволяет получить положительные результаты.

Закон инверсии хорошо объясняет такие явления, как послевоенные демографические взрывы (условия еще неблагоприятны, но производная высока), рост народонаселения в некоторых развивающихся странах, демографическая ситуация в России особенно в период перестройки, а также явления, носящие индивидуальный характер. Так, в процедуре лечения голодом, по мнению исследователя, положительный эффект обусловлен не столько самой голодовкой, сколько последующим улучшением питания, когда производная становится положительной.

Вывод из этого опыта заключается в следующем. При длительных межзвездных полетах в замкнутом пространстве колонии окружающие условия будут стабильными или скорее ухудшатся. Это может привести, по правилу производной Щербакова, к вымиранию космических путешественников.

«Биосфера» раздора

В 1991 году близ города Оракл в штате Аризона (США) начался эксперимент, сразу же приобретший мировую известность. Цель эксперимента – показать, смогут ли люди жить в космических поселениях – замкнутых объемах с постоянно регенерируемыми запасами воздуха и воды, питаясь продуктами, выращиваемыми здесь же, в оранжереях. Создаваемая в то время орбитальная станция МКС не могла дать ответа на этот вопрос. Во-первых, ее экипаж состоял всего из нескольких человек, тщательно подобранных по психологическим параметрам; во-вторых, время их пребывания на орбите четко оговорено и люди всегда знают, когда вернутся в привычные условия жизни, рассматривая свое пребывание на орбите как своего рода командировку. А в командировке неудобства можно и потерпеть.

Здесь же требовалось «замкнуть» в тесноте большую группу людей, причем на длительный срок. Отправить их в космос возможностей не было, потому и созрело решение создать «космическое поселение» на Земле. Им стала «Биосфера» – раскинувшийся на десятках гектаров купол, под которым были воссозданы условия различных климатических зон, имеющихся на Земле: «тропические джунгли», «пустыня», «океан», «саванна». Причем так же, как на Земле, можно было переходить из зоны в зону, выбирая наиболее комфортное место жительства, надо было заботиться о пропитании и устанавливать отношения с многочисленными соседями.

Короче говоря, если космические поселения когда-нибудь и будут созданы, они станут очень похожими на аризонский купол. И ученые очень надеялись, что дружная, заинтересованная в успехе когорта единомышленников с блеском докажет, что землянам вполне по плечу завоевание космоса, так сказать, на долгосрочной основе. Потому и отбирались в «Биосферу» только добровольцы, мужчины и женщины, да к тому же еще и научные работники.

С 1991 по 1994 год в этом прототипе будущего космического поселения работали две группы исследователей. И оба раза повторялось одно и то же. Вступая под стеклянную крышу дружной веселой командой, исследователи, будучи отрезанными от внешнего мира, проявляли все признаки психологической несовместимости. Так что уже через несколько месяцев (а эксперимент был рассчитан на годы) вконец разругавшихся интеллигентов приходилось спешно удалять. И так оба раза. Примечательно, что, объясняя причины неудачи, местные эксперты не стали углубляться в психологию, а объяснили ситуацию острой нехваткой еды и кислорода.

В этом эксперименте в какой-то степени моделируется идея Циолковского о межзвездном полете колониями. Правда, в эксперименте не ставилась задача создания семейные пары с целью продолжения рода, и оставаться под куполом в течение жизни нескольких поколений.

Последняя стадия Разума

Общий вывод, который следует по результатам рассмотренных экспериментов, не утешителен. Можно относиться к законам биологии двояко. С одной стороны, считать, что жизнь – самозарождающийся феномен. Она может сама зарождаться в любой точке бесконечной Вселенной. Однако биологическими законами природы наложен запрет на ее распространение техническим путем. Земля обречена быть «изолятом». Она – мать, колыбель, место обитания и кладбище жизни. Пока светит Солнце, жизнь на Земле в той или иной форме будет продолжаться, сменяя одно поколение другим. Погаснет Солнце, погаснет и жизнь на Земле.

С другой стороны, не хочется верить, что Разум – это последняя стадия развития жизни на Земле. В запаснике Природы должны быть последующие, «неразумные» этапы развития. У нас нет научных данных, что имеется предел изменчивости живого организма, предусмотренной самой Природой.

Пока еще не видны контуры возможностей нашего разумного этапа развития жизни. Наука ищет и находит все новые и новые направления развития. Генная инженерия и нанотехнология бурно развиваются. Использование их возможностей может привести к преодолению запретных законов биологии.

Целенаправленный поиск способов решения вышеуказанных проблем может явиться стимулирующим фактором рождения нового вектора изменчивости организмов, который может привести к возникновению новых форм жизни, лучше приспособленных к условиям длительного полета в космическом пространстве.