Могли ли когда-нибудь существовать существа размером с Годзиллу?
Жизнь бурлит на этом влажном грязевом шаре, который мы называем Землей, уже около 3,5 миллиардов лет, и за это время самым упитанным существом, которое удалось выжать матушке-природе, оказался синий кит.
Честно говоря, мы немного разочарованы.
Не поймите нас неправильно: млекопитающее весом 180 тонн (150 тонн) и длиной 30 метров (100 футов) - это не совсем тривиально. Это все еще много для объятий.
Но мы, воспитанные на голливудской диете из голливудских существ размером с Конга и токийских гайдзю, хотим знать: что нужно сделать, чтобы по-настоящему увеличить жизнь во Вселенной?
Насколько большой может стать одна клетка?
Хорошо, давайте начнем с малого. Из маленьких вещей вырастают большие, так почему бы не сделать большие вещи из больших клеток?
За редким исключением, большинство самовоспроизводящихся клеток в биосфере нельзя увидеть без помощи микроскопа. На это есть веская причина. На самом деле, причин множество, и все они основаны на принципах, прочно вошедших в химию и геометрию.
Возьмем, к примеру, отношение площади поверхности объекта к его объему. Когда трехмерные объекты (например, клетки) становятся больше, это соотношение сужается, то есть слизь в центре расширяется быстрее, чем ее внешний слой.
Меньшая поверхность на кубический микрометр клетки подобна рту, который не поспевает за растущим организмом - она ограничивает скорость, с которой важные питательные вещества и газы могут пересекать границу, чтобы добраться до расширяющейся недвижимости.
Это не единственное ограничение. Существуют также вопросы структуры. Даже крупные клетки должны в какой-то момент разделить свою мембрану и ДНК, чтобы размножаться.
Механика этого процесса у большинства живых существ опирается на нитевидные структуры, называемые микротрубочками, которые действуют как скелет, придающий клетке структуру и способ передвижения. Они также помогают ограничить размеры клетки.
Конечно, эволюция может натолкнуться на решения, расширяющие границы биоинженерии. Возьмем, к примеру, Caulerpa taxifolia. Эта инвазивная, быстрорастущая водоросль отбросила все правила клеточной теории, решив, что многоклеточность - это не ее стиль.
Хотя C. taxifolia (вверху) внешне напоминает водный папоротник с ветвями длиной до 80 сантиметров (31 дюйм), на самом деле это одна гигантская клетка... если быстро и свободно играть с определением клетки. Например, у нее все еще есть несколько ядер, и в ней живет целый рой эндосимбиотических бактерий, которые помогают ей усваивать питательные вещества.
Тем не менее, если говорить об одноклеточных организмах, то это настоящий монстр.
Говоря о монстрах, водоросль, известная как глазное яблоко моряка (Valonia ventricosa), также заслуживает упоминания как гигантская одноклеточная.
А еще есть Acetabularia. Хотя она достигает всего 10 сантиметров, это один из крупнейших одноклеточных организмов, который содержит только одно ядро.
Таким образом, клетки могут быть довольно большими, если мы готовы переосмыслить, что считать клеткой.
Так насколько большим может стать растение?
Примерно две с половиной тысячи лет назад в той части США, которая однажды станет известна как округ Туларе в штате Калифорния, проросло семя. Сегодня высота этого саженца составляет чуть более 80 метров (около 275 футов), а объем древесины - почти 1 500 кубических метров (около 52 500 кубических футов).
Это настолько впечатляющий экземпляр, что у гигантского красного дерева (Sequoiadendron giganteum) даже есть имя. Генерал Шерман - самое большое живое дерево на Земле.
Даже старый генерал - всего лишь веточка по сравнению с гигантом, известным как французское дерево Линдси-Крик.
Lindsey Creek French Tree - это прибрежное красное дерево (Sequoia sempervirens), древний вид, появившийся еще на заре динозавров.
Его объем составлял 2 550 кубических метров, а высота - 118,87 м. Оно вошло в книгу истории как самое большое дерево из когда-либо зафиксированных. К сожалению, буря унесла его в 1905 году, иначе оно и сегодня могло бы быть королем растений.
Чтобы поддерживать такую внушительную массу и достигать головокружительных высот, красные деревья придумали несколько трюков для преодоления ограничений.
Одним из ограничений для размера растения является доставка воды из подвала на крышу. К счастью, секвойи невероятно хорошо приспособлены к своим прохладным, влажным местам обитания на западном побережье Северной Америки: более половины влаги они получают из клубящегося тумана через свои листья.
Хотя их корни обычно неглубокие, их широкие основания, выходящие из корневой структуры "сказочного кольца", дают им более широкую и прочную опору.
В сочетании со сложным геномом, который позволяет им веками подниматься все выше, сопротивляясь вредителям и случайным пожарам с относительной легкостью, такие красные деревья - настоящие выжившие, которые не спешат подниматься в небо.
Возможно, когда-нибудь природа создаст что-то более высокое, но, скорее всего, это произойдет не скоро. Даже древнее красное дерево, возможно, уже отжило свой век, поскольку изменения климата уменьшают влажность и угрожают лесам более жаркими пожарами.
Чтобы на Земле появилось что-то еще более высокое, ему придется преодолеть некоторые инженерные проблемы, с которыми сталкиваются наши небоскребы.
В настоящее время самым высоким зданием в мире является Бурдж-Халифа в Дубае высотой 828 метров. Возможно, мы могли бы построить еще выше и преодолеть километр, но для этого потребуется еще более широкое подкрепление.
Более высокому дереву придется преодолевать аналогичные трудности с опорой на грунт, не говоря уже о транспортировке воды и питательных веществ, а также о продолжительности роста.
Если мы не беспокоимся о высоте и готовы снова переосмыслить то, что определяет отдельное растение, то секвойи - просто зубочистки по сравнению с поистине богоподобным образованием, известным как Пандо.
На 107 акрах национального леса Фишлейк в штате Юта находится чудо природы, состоящее из десятков тысяч деревьев дрожащей осины (Populus tremuloides), каждое из которых генетически идентично предыдущему. Для большинства целей этот лес из соединенных одинаковых стволов можно считать одним организмом - осиной-самцом, которую ласково называют Пандо.
Весом почти 6 000 тонн (около 13 миллионов фунтов), огромная масса корней, стволов и ветвей является, по сути, одним из самых больших организмов на Земле. Как и секвойи, его время, возможно, тоже подходит к концу. Несмотря на то, что он существует уже 80 000 лет, в последнее время не наблюдается большого прироста, что заставляет исследователей задуматься, не сочтены ли дни бедного старого Пандо.
Растения - не единственные претенденты на звание самого большого организма на Земле. Растянутые сети гифов, соединяющие сеть медовых грибов (Armillaria ostoyae), стоят в одном ряду с гигантами.
Один экземпляр в Мичигане занимает площадь 90 акров и весит около 400 000 килограммов (880 000 фунтов). Не такой большой, как Пандо, но впечатляющая демонстрация того, что грибы могут вырасти до поистине гигантских размеров. И кто знает, может быть, мы не заметили других таких гигантов, скрытых под землей.
Хорошо, но как насчет моей Годзиллы?
По сравнению с трудностями эволюции чудовища размером с гору, растения-небоскребы и мега-грибы - это просто. Вполне вероятно, что мы уже видели настолько больших животных, насколько они могли стать большими.
Самые крупные наземные животные, о которых сохранились какие-либо сведения, принадлежат к ветви зауропод семейства динозавровых - огромные четвероногие с длинной шеей, уравновешенной длинным хвостом, которые могли превышать 40 метров и весить 70 тонн... если не больше.
Насколько больше? Когда животное удваивается в объеме, его масса увеличивается в восемь раз. Кости должны эволюционировать, чтобы удерживать эту дополнительную массу на земле - например, за счет увеличения плотности, - а мышцы должны тянуть все это на себя. Это не только требует больше энергии, но и создает дополнительную нагрузку на сердце и легкие.
Зауроподы нашли эффективную схему тела, которая позволяла им использовать в питании растительный материал, позволяя своей вращающейся голове бродить в поисках пищи, в то время как их основная масса стояла на месте.
Но если мы не хотим, чтобы наш кайдзю питался шпинатом, ему придется охотиться за добычей.
Самый крупный из мясоядных динозавров, вероятно, был не намного больше спинозавра. При длине до 15-16 метров этот макси-хищник, похоже, был больше склонен плавать в реках и ждать, когда мимо проплывет крупная рыба.
Однако у спинозавра была правильная идея идеального сверхкрупного хищника. Пусть вода удерживает твой громоздкий зад, а пища сама приходит к тебе.
Киты усовершенствовали эту стратегию за последние несколько десятков миллионов лет, увеличив свою длину и обхват, чтобы превратиться в длинные глотательные трубки для планктонной смерти. Благодаря морской воде их кости избавлены от необходимости выдерживать всю эту массу, а мышцы могут направить свою энергию на то, чтобы наброситься на стаи питательных ракообразных.
Большие выпады стоят усилий, потенциально отправляя большое количество калорий в люк. Но только в том случае, если калории можно проглотить. Плотность и доступность криля ограничивает даже огромные размеры кита.
Даже при увеличении количества пищи, возможно, мы уже увидели, насколько большими могут стать животные (по крайней мере, исходя из существующей физиологии), ведь сердца синих китов уже работают сверхурочно во время кормежки.
Чтобы вырастить настоящего мегазверя, нам понадобится мир, где гравитация низкая, океаны глубокие или атмосфера плотная. Нам понадобится плотный запас калорий под рукой, возможно, нам даже понадобится совершенно новый способ представить себе, как жизненно важные материалы транспортируются по этой массе.
Другими словами, исходя из того, что мы знаем о жизни на Земле, наша форма жизни размером с Годзиллу будет удивительно не похожа на Годзиллу.
По крайней мере, с ней будет безопаснее обниматься.
Комментарии 0
