Инвалидное кресло хокинг. Стивен Хокинг - биография, личная жизнь: Супермозг
- Перевод
Можно ли предсказать эволюцию или она действует наобум
С сопением пробираясь через подлесок, небольшое косматое существо бродит лесной ночью, тыкаясь носом то в одно место, то в другое, выискивая запах своего мягкотелого ужина. В лесу темно, зрение у этого существа плохое, но длинные усы и хорошее обоняние позволяют ему ориентироваться. В случае угрозы оно способно развивать головокружительную скорость, мчаться через растительность, нырять в норы, и быстро исчезать из виду.
Совершенно неоригинальный стиль жизни. Множество животных по ночам гуляют по лесу, и сходным образом ищут небольшую добычу: ежи, землеройки, ласки, а кроме них и крупные звери – опоссумы и даже свиньи. Мир полон таких зверей.
Но это животное не такое. Все остальные – волосатые. Волосяной покров этого животного также мягкий, состоящий из миллионов тонких прядей. Но это не волосы. Все остальные передвигаются на четырёх ногах и вынашивают живое потомство. Но не это.
Царапая, изучая окружение, нюхая, это животное иногда создаёт дуэт со своей парой, перекликаясь, оставаясь на связи при проходе по своей территории. Крик самца выдаёт его название: «Кии-вии, кии-вии».
Фильтры, разделяющие еду от воды, у китов и китовых акул имеют совершенно разное строение
Мы в Новой Зеландии, и это ночное насекомоядное – птица, с обрубками вместо крыльев, усами, как у кошки, мягкими перьями, и, в отличие от остальных птиц, с ноздрями, расположенными на кончике клюва. Многие называют её «почётным млекопитающим».
Новая Зеландия забита необычными существами. Но что ещё необычно, так это то, чего там нет: млекопитающих. На островах едва найдётся клочок шерсти. Не считая морских котиков, заполняющих прекрасные пляжи Новой Зеландии, единственными местными млекопитающими является тройка летучих мышей – и даже они странные.
На другой половине земного шара, в Кубе, есть свои странности. Сова ростом с первоклашку, питавшаяся, среди прочего, молодыми гигантскими наземными ленивцами, к сожалению, вымерла (как и гигантские ленивцы, сравнимые по размеру с гориллой), но на острове всё ещё живёт птица колибри размером со шмеля; щелезуб, архаичное млекопитающее, будто сошедшее со страниц детских книг, с ядовитой слюной и длинным, гибким, усатым носярой; нечто вроде морской свинки размером с бигля, способное карабкаться на деревья и в изобилии выдающее зелёные какашки в форме банана.
Даже на небольших островах есть свои необычные диковинки. На острове Лорд-Хау площадью 14,5 кв.км. в форме полумесяца, расположенном в Тасмановом море, живут «древесные лобстеры», которые, несмотря на название, представляют собой тучных и здоровенных представителей семейства насекомых, обычно характеризующееся тонкими, палочкоподобными представителями. На Соломоновых Островах на юге Тихого океана живёт ящерица, изображающая из себя обезьяну: гигантский цепкохвостый сцинк – это блестящая, стройная, 70 см ящерица с цепким хвостом, которым она цепляется за ветви деревьев в поисках фруктов. И все слышали про некогда существовавшую птицу додо с острова Маврикий в Индийском океане. Она не умела летать, не имела перьев, питалась фруктами, размером была с индюка, ростом достигала метра, и весила до 20 кг.
Среди небольших островов первое место по числу странностей занимают Гавайские острова: равнокрылые стрекозы, чьи личинки, обычно водные, живут на земле; прожорливые плотоядные гусеницы; плодовые мушки, переключившиеся с фруктов на разлагающиеся растения; ещё одни плодовые мушки с головой в виде молотка, которые защищают свою территорию, бодаясь, будто бы бараны. Растительный мир Гавайев такой же странный – первенство держит бригамия замечательная, выглядящая, «как кегля, увенчанная салатом-латуком».
А ещё есть Мадагаскар, который иногда называют восьмым континентом из-за его отличительной флоры и фауны. Там есть карликовый гиппопотам; адаптивная радиация лемуров (включая одного весом в 35 кг, свисающего с веток, как ленивцы, и другого, похожего на коалу-переростка – но оба эти вида были истреблены человеком); трёхметровые 500-килограммовые слоновые птицы (вымершие; самые тяжёлые из всех когда-либо существовавших птиц); половина всех мировых видов хамелеонов, выстреливающих языки, по длине в два раза превышающие длину их тела; ископаемые лягушки размером с большую пиццу; крокодилы-вегетарианцы; жуки с шеей, как у жирафа. Растения Мадагаскара не менее странные, включая пустынные леса, состоящие из высоких и тонких стеблей, усеянных колючками, и толстые деревья-баобабы, выглядящие так, будто их воткнули в землю вверх корнями.
Последними по порядку, но не по значимости, идут чудеса Австралии: утконос, кенгуру, коалы – во всём остальном мире нет ничего подобного.
Полёт у птиц и летучих мышей развивался независимо. И те, и другие приспособили под крылья передние конечности, только птицы используют перья, а летучие мыши – кожу.
К чему всё это сводится: Острова дают нам представление об альтернативных мирах эволюции, которые могли бы существовать, если бы жизнь повернулась как-то по-другому. Что, если бы млекопитающие вымерли в конце мелового периода вместе с динозаврами? Новая Зеландия демонстрирует, как это могло бы выглядеть. Куда завела бы эволюция приматов, если бы обезьяны не эволюционировали? Обратите внимание на лемуров, которые водятся исключительно на Мадагаскаре.
Острова дают нам книгу рецептов эволюции. Получающиеся блюда говорят нам о том, что предсказать, что получится в печке, невозможно. Поменяйте ингредиенты или последовательность их добавления, прибавьте жару, не положите что-нибудь, бросьте одну щепотку соли вместо двух – и результат может оказаться совсем иным. Островная книга рецептов изобилует примерами случайностей и непредвиденных обстоятельств, а разнообразие результатов говорит о том, что предсказывать, что именно появится на любом из островов в результате эволюции, очень сложно.
Многие десятилетия общепринятым мнением эволюционной биологии, сформулированным Стивеном Джеем Гулдом, была одна из таких случайностей: измените любое событие в истории жизни, и вся жизнь может стать совершенно другой. Существование такой современной жизни, какая она есть, не неизбежно и даже не наиболее вероятно – всё это лишь игра случая.
Но в последние годы появился костяк учёных, под руководством Саймана Ковнэя Морриса, принявших противоположную точку зрения – они утверждают, что определённые эволюционные решения достаточно вероятны. Совершенно разные виды в ходе эволюции постоянно вырабатывают схожие адаптивные решения проблем, встречающихся в их окружении – допустим, очень похожая структура глаз людей и осьминогов. Эти повторяющиеся решения называют эволюционной конвергенцией (сходимостью). С этой точки зрения случайности история мало на что влияют, и их эффекты стираются предсказуемым напором естественного отбора.
Мы легко можем понять конвергенцию – виды, одинаково приспосабливающиеся к одинаковым ситуациям. Но что насчёт эволюционных решений, единственных в своём роде? Почему другие виды не выработали сходных решений в ходе эволюции?
Одно из объяснений исключений эволюции – появление необычных видов в уникальных окружающих условиях. Возможно, у них не было аналогов потому, что никто не попадал в схожие обстоятельства. Это может объяснить коалу. Вся её жизнь завязана на эвкалиптовых деревьях и поедании их листьев, в которых содержится множество ядов. В результате пищеварительная система коалы чрезвычайно длинная, что даёт ей много времени для детоксификации листьев и извлечения питательных веществ. Медленный проход пищи в сочетании с её небольшой питательной ценностью означают, что коале приходится минимизировать расход энергии и спать большую часть дня. Эвкалиптовые деревья происходят из Австралии, поэтому, возможно, что своеобразие коалы отражает уникальность её окружения.
Но мне кажется, что в большинстве случаев такое объяснение не подходит. Утконосы водятся в ручьях, прудах, озёрах и реках восточной Австралии, где они могут есть речных раков и других водных беспозвоночных, которых они разыскивают, шныряя по дну, и чувствуя жертву при помощи электрорецепторов, расположенных на клювах. В остальное время они удаляются в свои покои на концах длинных нор, прорытых на речном берегу. Такой стиль жизни кажется возможным во многих местах кроме Австралии. Ручьи, на которых они обитают, очень похожи на ручей, проходивший за домом моего друга, когда мы росли в Сент-Луисе. В Северной Америке полно ручьёв, где живут раки, многие из которых расположены в климатах, схожих с тем, в котором живёт утконос, при отсутствии более страшных хищников, чем обитающие в Австралии. Так где же наш двойник утконоса? Почему где-то ещё не появилось ничего похожего? Или кенгуру, или любой другой из перечисленных мною примеров – все они живут в средах обитания, встречающихся где-либо ещё.
Другие объяснения эволюционных исключений состоят в том, что естественный отбор либо не такой предсказуемый, либо не такой мощный, как считают некоторые. То есть, даже живые существа, обитающие в схожих условиях, могут эволюционировать по-разному.
Главная причина отсутствия конвергенции – наличие нескольких способов адаптации к задачам, которые ставит окружающая среда. Задумайтесь о том, как плавают позвоночные. Многие используют свой хвост, но хвосты все разные. У рыб хвосты сплющены по вертикали и двигаются вправо-влево. Крокодилы плавают точно так же. Но у китов хвосты сплющены горизонтально, и двигаются вверх и вниз. Другие животные, вроде ужей или морских змей, совершают волнообразные движения всем телом. Некоторые птицы, например, бакланы и гагары, могут быстро двигаться под водой, неистово гребя перепончатыми лапами. С другой стороны, некоторые виды плавают при помощи изменившихся передних конечностей – такие ласты есть у морских львов, а пингвины используют для этого крылья. Однако самым удивительным пловцом может быть древесный ленивец, чьи длинные передние конечности, эволюционировавшие для свисания с веток, помогают ему ползти. У беспозвоночных встречается ещё больше решений для передвижения в воде, к примеру, реактивное движение у осьминогов и кальмаров.
Этот список различных методов быстрого передвижения в воде вызывает естественный вопрос: насколько похожими должны быть свойства двух видов, чтобы считать их конвергенцией? Кальмары и дельфины используют очень разную анатомическую систему для быстрого передвижения в воде – они явно не конвергируют. А ещё один непохожий способ передвижения – гребля перепончатыми лапами у некоторых водных видов птиц.
Другие примеры не такие явные. Что по поводу плоских хвостов у китов и акул – они схожи по строению и работе, только один из них вертикальный, и движется вправо-влево, а другой – горизонтальный, и движется вверх-вниз? Эти особенности представляют собой небольшие вариации в конвергенции или неконвергентные решения со схожей функциональностью? Подозреваю, что большинство людей посчитают горизонтальные и вертикальные плоские хвосты по сути одним решением.
Отойдём на шаг назад, к свойствам, приводящим к схожим функциональным результатам, но выказывающим большое анатомическое разнообразие между видами. Среди позвоночных активный полёт появлялся в процессе эволюции три раза: у летучих мышей, у птиц и у птерозавров (больших рептилий, завоевавших небеса в эпоху динозавров). Все они изменили свои передние конечности до состояния крыльев, и летают (или летали, в случае птерозавров) по сути, одинаково, размахивая лёгкой структурой вниз, чтобы произвести подъёмную силу и ускорение вперёд.
Но тщательное изучение показывает, что крылья этих летающих позвоночных устроены очень по-разному. Самое очевидное отличие заключается в самой аэродинамической поверхности. Птицы используют перья, отдельно растущие из костей рук. Профиль крыла летучих мышей и птерозавров состоит из тонкой, но очень прочной кожи, натянутой между костями пальцев и телом, а в некоторых случаях даже соединяющейся с задними лапами. Анатомии скелетов крыльев у трёх этих групп также сильно отличаются.
Так являются ли крылья, выросшие из передних конечностей птиц, летучих мышей и птерозавров, конвергентными адаптациями для активного полёта, построенными по-разному? Или они представляют альтернативные, неконвергентные способы для выработки активного полёта в процессе эволюции?
Ещё один пример. Крупнейшая рыба в море – 18-метровая китовая акула. Как и киты, она питается через фильтр, заглатывая огромные количества воды своим массивным ртом и отфильтровывая крохотную пищу. Но на этом сходство заканчивается. Усатые киты – синий, горбатый, серый и другие – ловят добычу, проталкивая воду через жёсткие пластины похожего на гребень китового уса, формирующего завесу, свисающую с верхней челюсти. Любая частичка еды крупнее, чем щели в усе, задерживается его внутренней поверхностью, после чего переваривается. И наоборот, у китовых акул вода проходит через жабровые щели, расположенные по бокам задней части головы. Хрящевые фильтры расположены таким образом, что вода проходит между фильтрами, через жабры и выходит в океан, а частицы еды продолжают двигаться мимо жабровых щелей, и формируют в горле массу, которая затем проглатывается. Так что усатые киты и китовые акулы – крупные водные существа, использующие огромные рты для забора воды и фильтрации мелкой добычи. Но конкретная структура фильтров отличается по конструкции, расположению и схеме работы. Конвергентные это адаптации для фильтруемого питания или нет?
Проводить черту между конвергенцией и её отсутствием у структур, во многом совпадающих, и приводящих к сходным функциональным преимуществам, можно произвольно. Я склоняюсь к тому, чтобы считать крылья птиц, летучих мышей и птерозавров конвергенцией. Точно так же я считаю, что усатые киты и китовые акулы конвергентны, поскольку они имеют большие пасти, и питаются планктоном. Однако сами их системы фильтрации и питания я считаю не конвергентными, а альтернативными адаптациями к такому питанию. Но в таких случаях не существует правильных или неправильных ответов.
Гепарды и гиеновидные собаки охотятся на одинаковых животных, применяя разные стратегии и анатомические адаптации
В других случаях виды могут адаптироваться, эволюционируя явно различным образом, производя неконвергентные фенотипы со сходными функциональными возможностями. Мой любимый пример такого явления связан с подземной жизнью грызунов. Более 250 видов из клана крыс проводят большую часть жизни под землёй, двигаясь по самостоятельно прорытым тоннелям. Такое рытьё нор в процессе эволюции постоянно появлялось у грызунов, но достигалось разными методами. Многие грызуны роют норы обычным способом, разрыхляя землю перед собой при помощи передних конечностей, и закидывая её назад. Передние конечности таких видов крепкие и мускулистые; когти длинные и сильные. Другие виды используют зубы вместо когтей для удаления почвы. Как и следовало ожидать, их зубы длинные и выдающиеся, даже по стандартам грызунов, а мускулы челюстей и черепа массивные. Большинство зубных землекопов избавляются от почвы, отпихивая её назад при помощи передних конечностей, но у некоторых грызунов проявляется ещё одна вариация – они утрамбовывают размягчённую почву в стены тоннеля при помощи ударов длинной, похожей на лопату морды. Различия в анатомии этих землекопов – очевидная иллюстрация неконвергентных адаптаций, приводящих к сходным функциональным результатам.
Конвергенция может не возникнуть и по другой причине. Часто существует несколько разных функциональных способов адаптации к окружающей среде. Например, посмотрите, как виды, служащие потенциальной добычей для хищников, могут адаптироваться к присутствию такого хищника, как лев. Один вариант – выработать в процессе эволюции беговые возможности, чтобы обогнать их, но есть и другие варианты. Это камуфляж, пассивная защита или активная защита. Итоговые адаптации бесспорно будут неконвергентными, например, рога африканского буйвола, нательная броня броненосцев и черепах, длинные ноги импалы, шипы дикобраза, яд и точность плевков плюющейся кобры и пёстрая шкура лесной антилопы.
Множество решений одной и той же проблемы не ограничены защитой. Гепарды и гиеновидные собаки охотятся на одинаковых животных, но кошачьи делают это при помощи коротких бросков с огромной скоростью, а собаки бегают медленнее, но дольше, изнуряя жертву. И их адаптация соответственно различается: очень длинные ноги и гибкий позвоночник гепарда позволяет ему разгоняться до 110 км/ч; отличная выносливость гиеновидных собак позволяет им бежать с постоянной скоростью в 50 км/ч достаточно долго, чтобы утомить жертву (а гепарды могут бежать с большой скоростью только на короткие дистанции).
Или рассмотрим адаптации животных с целью получения нектара. Растения вырабатывают часто сладко пахнущую, сладкую жидкость, чтобы приманивать насекомых, птиц и других животных для помощи в репродуктивном процессе. Когда животное засовывает голову или всё тело в цветок, чтобы полакомиться нектаром, оно покрывается пыльцой. При переходе к следующему цветку часть пыльцы отпадает и опыляет семяпочки растения.
У многих цветов есть длинные трубочки с нектаром на дне – таким образом цветок ограничивает доступ и получение пыльцы несколькими определёнными видами, хорошо адаптированными для использования этого цветка, например, мотыльками с длинными хоботками и колибри с такими же длинными клювами и языками. Такие виды, благодаря адаптации, не часто посещают другие цветки, что ограничивает вероятность того, что пыльца с них упадёт в цветок другого вида и пропадёт таким образом.
Но не все питающиеся нектаром существа играют по правилам. Некоторые виды насекомых, птиц и млекопитающих прогрызают дыру в основании цветка, обходя лепестки и их пыльцу, таким образом не выполняя свою роль в коэволюционной сделке. Для этого эти нектарные воры используют очень разные адаптации. Им не нужны длинные языки и части головы, чтобы добираться до дна длинных трубочек, они вырабатывают свойства, улучшающие их возможность прорваться через материал цветка. У некоторых колибри для этой цели есть зазубрины на клювах. У птички-крючкоклюва на конце верхней части клюва есть крючок, использующийся для разрезания цветков. В этих многих примерах видно, что для решения поставленных окружением задач часто существует несколько эволюционных вариантов. Но то, что их много, не значит, что в результате эволюции появятся все варианты. Конвэй Моррис со своей командой утверждают, что обычно один вариант имеет перед другими преимущество, и поэтому одни и те же свойства конвергентно появляются снова и снова. Однако конвергентность появляется не всегда. Почему бы естественному отбору не использовать одно и то же свойство каждый раз?
Может случиться так, что два или более свойств окажутся эквивалентными. Камуфляж или умение убегать с высокой скоростью могут быть одинаково успешными способами избегания хищников. Или один способ окажется успешнее другого для конкретной цели, но с другими недостатками, перевешивающими его преимущества. Быстрое бегство от приближающегося хищника может быть хорошим способом ухода, но камуфляж может улучшить способности таких животных, как змеи, подстерегать свою собственную жертву. Когда выживание и воспроизводство суммируются, особи с камуфляжем могут оказаться настолько же успешными, как и те, что полагаются на скорость, и они тоже благодаря воспроизводству передают свои гены в следующее поколение. В результате естественный отбор не предпочтёт одно другому. Появление свойств может быть делом случая, вопросом того, какая мутация возникнет первой, когда на особей начинается охота.
И наоборот, эволюция какого-то свойства может зависеть от первоначального фенотипа и генотипа вида. В целом активный вид может быть предрасположенным к выработке свойств, влияющих на увеличение скорости при появлении хищника, а менее подвижные виды могут выработать камуфляж. Ни один из вариантов не преобладает над другим, но эволюционный результат может сильно зависеть от начальных условий.
Может быть и так, что одно решение окажется предпочтительнее, но в каких-то случаях легче выработать не самое оптимальное решение. Французский учёный Франсуа Жакоб, получивший нобелевскую премию за исследование работы ДНК, предложил аналогию, объясняющую, почему естественный отбор не всегда приводит к появлению идеально сконструированного организма. Жакоб говорит, что естественный отбор не похож на инженера, конструирующего оптимальное решение для имеющейся проблемы. Лучше представьте себе самоделкина, мастера на все руки, использующего те материалы, что есть у него под рукой, чтобы создать жизнеспособное решение – не наилучшее из возможных, но наилучшее из доступных в данных обстоятельствах.
Представьте себе птиц, оказавшихся у озера, полного медленно плавающей рыбы. Они могут начать нырять за едой, и со временем адаптироваться к водному образу жизни, вырабатывая большие и мощные задние лапы, как у баклана, или меняя форму крыльев и приближая их к ластам, как пингвины. Допустим, что наилучший способ быстро и ловко плавать – это двигать в воде сильным мускулистым хвостом, размахивая им влево и вправо, или вверх и вниз – так делают самые быстрые пловцы. Но у птиц нет длинных хвостов – они потеряли их в начале эволюционной истории, более ста миллионов лет назад, и у них есть только небольшой остаток из сросшихся костей («хвосты» у птиц состоят только из перьев, но не из костей). Я не утверждаю, что повторно выработать в результате эволюции длинный хвост невозможно – но естественный отбор, мастер на все руки, скорее всего не пойдёт по этому пути. У птиц уже есть крылья и ноги, способные обеспечивать движущую силу. Кажется более вероятным, что естественный отбор будет работать над улучшением плавательных функций уже существующих структур, чем то, что он выработает новую структуру с нуля, даже если новая птица с костяным хвостом – которая будет выглядеть как гибрид между гагарой и крокодилом – будет плавать гораздо лучше.
Но всё же, если птица-крокодил будет лучше приспособлена – она будет лучшим пловцом – почему же водоплавающие птицы не эволюционируют в этом направлении? Возможно, иногда в каком-то направлении нельзя пройти: пройти эволюцию от одной адаптивной формы к другой трудно потому, что промежуточные условия окажутся непригодными. Длинный мощный хвост хорош для быстрого плавания, но короткий хвост может только мешаться и уменьшать скорость плавания. У естественного отбора нет предвидения – он не будет играть в пользу вредного свойства только потому, что это первый шаг на пути, ведущем к превосходству. Чтобы свойство появилось в результате естественного отбора, каждый шаг на пути должен быть улучшением по сравнению с предыдущим – естественный отбор никогда не предпочтёт ухудшение состояния, даже если это только переходная эволюционная фаза.
Что же у нас получается? Является ли конвергенция основополагающей силой, демонстрацией структуры биологического мира, направляемой предсказуемым влиянием естественного отбора по пути к предрешённым окружением результатам? Или же примеры конвергентной эволюции – это исключения, специально подобранные иллюстрации биологической предсказуемости в случайном мире, в котором у большинства видов нет эволюционных параллелей?
На эту тему можно спорить до хрипоты. Я приведу в пример утконоса, вы дадите контрпример в виде конвергентных ежей; я отвечу уникальным древесным ленивцем; вы ответите прыгающей на двух ногах мышью, независимо появившейся в результате эволюции на трёх континентах. Именно так этот спор развивался исторически – при помощи составления списков и рассказывания историй.
Нужно похвалить Конвэя Морриса с коллегами за то, что они вытащили конвергентную эволюцию на передний край. Конвергенция была известна нам всем в качестве хитрого трюка естественной истории, яркого примера возможностей естественного отбора. Но Конвэй Моррис с коллегами ясно показали, что эволюционное копирование встречается гораздо, гораздо чаще, чем мы думали. Теперь мы понимаем, что она очень часто встречается в природе, и можно найти полно её примеров. И всё же она не вездесущая.
Кажется, что так же часто, а может и чаще, виды, живущие в схожих условиях, не адаптируются конвергентно. Сейчас нам нужно перейти от описывания исторических закономерностей и сбора примеров. Нам нужно спросить, можем ли мы понять, почему конвергенция происходит в одних случаях, а не в других – что объясняет, до какой степени конвергенция может происходить, и до какой не может, почему прыгающие на двух ногах грызуны независимо появились в пустынях всего мира, а кенгуру – только однажды. А для этого нам нужно не просто добавить несколько дополнительных примеров к списке. Нам нужно проверить гипотезу эволюционного детерминизма напрямую.
Эволюционная биология поздно включилась в экспериментальную игру – легендарная медлительность эволюции не давала развиваться идеям экспериментов. Теперь мы знаем, что этот взгляд ошибочен, что эволюция может идти очень быстро. И это понимание открывает новые возможности в изучении эволюции.
Джонатан Лосос – профессор биологии, директор Лаборатории Лососа в Гарвардском университете, куратор герпетологического отдела Гарвардского музея сравнительной зоологии. Автор книги «Ящерицы в древе эволюции: экология и адаптивная радиация анолисов». Приведён отрывок из книги «Маловероятные судьбы: судьба, случайность и будущее эволюции».
Утконос (лат. Ornithorhynchus anatinus) – водоплавающее млекопитающее отряда однопроходных, обитающее в Австралии. Это единственный современный представитель семейства утконосовых (Ornithorhynchidae); вместе с ехидновыми образует отряд однопроходных (Monotremata) – млекопитающих, по ряду признаков близких к рептилиям. Это уникальное животное является одним из символов Австралии; оно изображено на реверсе австралийской монеты в 20 центов.
История изучения
С тех пор, как в 1797 году учёные обнаружили утконоса с клювообразным носом, он сразу же стал смертельным врагом эволюции. Когда это изумительное животное отправили в Англию, учёные подумали, что это подделка, сделанная китайскими чучельниками. В то время эти мастера славились тем, что соединяли разные части тела животных и изготавливали необычные чучела. После того как утконос был отрыт, Джордж Шоу представил его общественности как Platypus anatinus (в переводе означает плосконог утиный). Это название просуществовало недолго, так как другой учёный Иоганн Фридрих Блюменбах сменил его на «парадоксальный птичий клюв», или Ornithorhynchus paradoxus (в переводе парадоксальный птицеклюв). После продолжительных споров между этими двумя учёными по поводу названия этого животного, они, наконец, пришли к соглашению и решили называть его «уткообразный птицеклюв» или Ornithorhynchus anatinus.
Систематики были вынуждены выделить утконоса в отдельный отряд, потому что он не принадлежал ни к какому другому отряду. Роберт У. Фейд объясняет это следующим образом: «Нос утконоса похож на клюв утки. На каждой ступне расположены не только пять пальцев, но и перепонки, что делает утконоса чем-то средним между уткой и животным, которое способно рыть и копать. В отличие от большинства млекопитающих, конечности утконоса короткие и по отношению к земле расположены параллельно. Внешне ухо выглядит как отверстие без ушной раковины, которая обычно присутствует у млекопитающих. Глаза маленькие. Утконос – животное, которое ведёт ночной образ жизни. Он ловит пищу под водой и хранит запас пищи, т.е. червей, улиток, личинок и других червяков подобно белкам в специальных сумках, которые находятся за его щеками»
Существует шутливая притча, согласно которой Господь, создав животный мир, обнаружил у себя остатки «строительного материала», собрал их вместе и соединил: утиный нос, бобровый хвост, петушиные шпоры, перепончатые лапы, острые когти, густой короткий мех, защечные мешки и т.д.
Эволюция утконоса
Однопроходные являются выжившими представителями одной из самых ранних ветвей млекопитающих. Возраст древнейшего однопроходного, обнаруженного в Австралии, – 110 млн лет (Steropodon). Это был небольшой, похожий на грызуна зверёк, который вел ночной образ жизни и, скорее всего, не откладывал яиц, а рожал сильно недоразвитых детёнышей. Окаменелый зуб другого ископаемого утконоса (обдуродон), найденный в 1991 году в Патагонии (Аргентина), указывает, что, скорее всего, предки утконоса попали в Австралию из Южной Америки, когда эти континенты входили в суперконтинент Гондвана. Ближайшие предки современного
утконоса появились около 4,5 млн лет назад, тогда как самый ранний ископаемый образец собственно Ornithorhynchus anatinus датируется плейстоценом. Ископаемые утконосы напоминали современных, но были меньше по размерам. В мае 2008 года было объявлено, что расшифрован геном утконоса.
Описание
Тело утконоса плотно сбитое, коротконогое, покрыто густой, приятной на ощупь, тёмной коричневой шерстью, которая на брюхе приобретает сероватый или рыжеватый оттенок. Форма головы у него круглая, глаза, а также носовые и ушные отверстия расположены в углублениях, края которых, когда утконос ныряет, плотно сходятся.
Сам по себе зверёк небольшой:
- Длина тела от 30 до 40 см (самцы на треть крупнее самок);
- Длина хвоста – 15 см;
- Вес – около 2 кг.
Ноги животного расположены по бокам, из-за чего его походка чрезвычайно сильно напоминает передвижение рептилий по суше. На лапах зверька по пять пальцев, которые идеально приспособлены не только для того, чтобы плавать, но и рыть землю: соединяющая их плавательная перепонка интересна тем, что при необходимости способна так подогнуться, что когти зверька окажутся снаружи, превратив плавательную конечность в копательную.
Поскольку на задних лапах животного перепонки менее развиты, во время плавания он активно использует передние лапы, тогда как задними пользуется как рулём, при этом хвост исполняет роль баланса. Хвост слегка плоский, покрытый шерстью. Интересно, что по нему можно очень легко определить возраст утконоса: чем старше, тем шерсти меньше. Хвост зверька примечателен ещё и тем, что именно в нём, а не под шкурой, хранятся жировые запасы.
Клюв
Наиболее примечателен во внешности зверька будет, пожалуй, его клюв, который выглядит до того необычно, что создаётся впечатление, что был он когда-то оторван у утки, перекрашен в чёрный цвет и прикреплён к пушистой голове.
Клюв утконоса от клюва пернатых отличается: он у него мягкий и гибкий. При этом, как и у утки, он плоский и широкий: при длине в 65 мм, ширина его составляет 50 мм. Ещё одной интересной особенностью клюва является то, что он обтянут эластичной кожей, в которой находится огромное количество нервных окончаний. Благодаря им утконос, пребывая на суше, обладает великолепным обонянием, а также является единственным млекопитающим, который чувствует слабые электрические поля, что появляются во время сокращения мускулатуры даже самых мелких животных, например, раков. Такие способности к электролокации дают возможность слепому и глухому в водной среде зверьку обнаруживать добычу: для этого, пребывая под водой, он постоянно вертит головой в разные стороны.
Анатомические особенности утконоса
Эволюционистов удивляют разнообразные особенности структуры, которые можно обнаружить у утконоса. Глядя на его клюв, можно подумать, что он является
родственником утки; по его хвосту можно было бы отнести его к бобрам; его волосы схожи с волосами медведя; его перепончатые ступни похожи на ступни выдры; а его когти имеют сходство с когтями рептилий. За всем этим разнообразием определенно стоит рука Бога, и уж конечно не эволюция!
Физиологическое многообразие утконоса просто захватывает. Шпоры, расположенные на задних лапах утконоса, выделяют ядовитое вещество. Этот яд почти такой же сильный, как и яд большинства ядовитых змей! Данная особенность делает утконоса единственным существующим в мире ядовитым животным, тело которого покрыто волосами. Стюарт Бургесс в своей книге «Признаки Дизайна», обращает внимание на следующее:
«Утконос, как и обычное млекопитающее животное, кормит своих детёнышей молоком. Однако в отличие от других млекопитающих у утконоса нет сосков для кормления. Молоко проникает через расположенные на его теле отверстия!»
Именно с помощью сосков млекопитающие вскармливают своих детёнышей. Утконос нарушает это правило и использует отверстия на теле, как способ вскармливания своего потомства. Если посмотреть на эти функции утконоса с точки зрения эволюционной классификации, то они кажутся парадоксальными. Однако с позиции креационизма, объяснить, почему Бог создал что-то настолько отличное от всех других животных, становится намного легче.
Летопись окаменелостей также подтверждает тот факт, что утконос является реальным существом, которое не эволюционировало от общего предка. Скотт M. Хьюз пишет: «Существует несколько достаточных оснований для того, чтобы не соглашаться с эволюционным истолкованием происхождения утконоса.
Этими некоторыми основаниями являются следующие факты:
- Окаменелые останки утконоса абсолютно идентичны современным формам.
- Сложные структуры яйца или молочных желез всегда полностью развиты и никак не помогают объяснить происхождение и развитие матки и молока утконоса.
- Более типичные млекопитающие обнаруживаются в пластах, расположенных намного ниже, чем откладывающий яйца утконос. Таким образом, утконос – особый вид животного, который был специально создан для того, чтобы иметь настолько разнообразные особенности».
Эволюционисты не способны объяснить анатомическое строение утконоса; они не могут объяснить его физиологические особенности; и они не знают, как объяснить это животное с помощью эволюционных процессов. Ясно одно: разнообразие утконоса приводит учёных эволюционистов в полное замешательство.
Как живет и чем питается?
Живут австралийские утконосы вблизи озёр и рек, недалеко от болот, в тёплых лагунных водах. Нора длиной в 10 м имеет 2 входа: один – находится под корнями деревьев и замаскирован в зарослях, другой – подводный. Вход в нору очень узкий. Когда хозяин проходит сквозь него, даже вода отжимается с шубки зверька.
Охотится животное ночью и всё время находится в воде. В сутки ему нужно еды, вес которой не меньше четверти веса самого животного. Питается мелкой живностью: лягушками и улитками, маленькими рыбками, насекомыми, ракообразными. Кушает даже водоросли.
В поисках своего завтрака может на суше клювом и когтями выворачивать камни. Под водой стремительный зверёк ловит жертву за несколько секунд. Поймав пищу, не
съедает её сразу, а складывает в защёчных мешках. Когда всплывает – кушает, перетирая добычу роговыми пластинками. Они у него вместо зубов.
Размножение утконоса
Сезон размножения у утконосов бывает раз в году между августом и ноябрем. В этот период самцы заплывают на участки самок, пара кружится в своеобразном танце: самец хватает самку за хвост и они плавают по кругу. Каких-либо брачных боев между самцами не бывает, постоянных пар они также не образуют.
Перед началом брачного сезона все утконосы ложатся в зимнюю спячку на 5-10 дней. Проснувшись, зверьки активно берутся за дело. До начала спаривания каждый самец ухаживает за самкой, покусывая ее за хвост. Брачный сезон длится с августа по ноябрь.
После спаривания самка начинает строить выводковую нору. От обычной она отличается длинной и в конце норы размещена гнездовая камера. Выводковую нору самка так же оборудует и внутри, нанося в гнездовую камеру разные листья и стебли. По окончанию строительных работ, самка закрывает коридоры в гнездовую камеру пробками из земли. Таким образом, самка защищает убежище от паводка или нападения хищников. Затем самка откладывает яйца. Чаще это 1 или 2 яйца, реже 3. Яйца утконоса больше похожи на яйца рептилии, нежели птицы. Они имеет округлую форму и покрытые кожистой серовато-белой скорлупой. Отложив яйца, самка практически все время находится в норе, обогревая их, пока не вылупятся малыши.
Детеныши утконоса появляются на 10-ый день после кладки. Малыши рождаются слепыми и абсолютно без шерсти в длину до 2,5 см. Чтобы появится на свет, малыши пробивают скорлупу специальным яйцевым зубом, выпадающим сразу после рождения. Только вылупившихся детенышей мать перемещает себе на живот и кормит молоком, выступающим из пор на животе. Новоиспеченная мать не покидает своих малышей на долгое время, а только на несколько часов, чтобы поохотится и высушить шерсть.
На 11-ой недели жизни малыши полностью покрываются шерстью и начинают видеть. Самостоятельно охотятся детеныши уже в 4 месяца. Полную самостоятельную жизнь без матери молодые утконосы ведут после 1-го года жизни.
Враги
Природных врагов у утконоса немного. Но в начале ХХ ст. он был на грани исчезновения. В Австралии браконьеры безжалостно истребляли зверька из-за его ценного меха. На пошив одной шубы использовалось более 60 шкурок. Полный запрет на охоту оказался успешным. Утконосы были спасены от полного уничтожения.
Определение пола
В 2004 году учёные из Австралийского национального университета в Канберре обнаружили, что утконос имеет 10 половых хромосом, а не две (XY), как большинство млекопитающих. Соответственно, комбинация XXXXXXXXXX даёт самку, а XYXYXYXYXY – самца. Все половые хромосомы связаны в единый комплекс, который ведёт себя в мейозе как единое целое. Поэтому у самцов образуются сперматозоиды, имеющие цепочки XXXXX и YYYYY. Когда сперматозоид XXXXX оплодотворяет яйцеклетку, рождаются утконосы женского пола, если сперматозоид
YYYYY – утконосы мужского пола. Хотя хромосома утконоса X1 имеет 11 генов, которые обнаруживаются во всех X-хромосомах млекопитающих, а хромосома X5 имеет ген, который называется DMRT1 и встречается в Z-хромосоме у птиц, являясь ключевым полообразующим геном птиц, в целом геномные исследования показали, что пять половых X-хромосом утконоса гомологичны Z-хромосоме птиц. У утконоса не обнаружен ген SRY (ключевой ген определения пола у млекопитающих). Для него характерна неполная дозовая компенсация, недавно описанная у птиц. Видимо, механизм определения пола утконоса сходен с таковым у его предков-рептилий.
Статус популяции и охрана
Утконосы ранее служили объектом промысла из-за ценного меха, однако в начале XX века охота на них была запрещена. В настоящее время их популяция считается сравнительно стабильной, хотя из-за загрязнения воды и деградации среды обитания ареал утконоса становится всё более мозаичным. Определённый ущерб ему нанесли и завезённые колонистами кролики, которые, роя норы, беспокоили утконосов, заставляя их покидать обжитые места.
Австралийцы создали специальную систему заповедников и «убежищ» (sanctuary), где утконосы могут чувствовать себя в безопасности. Среди них наиболее известны заповедник Хилсвилл в штате Виктория и Уэст-Бёрли в Квинсленде. Утконос – легко возбудимое, пугливое животное, поэтому в течение долгого времени не удавалось вывозить утконосов в зоопарки других стран. Впервые утконос был успешно вывезен за границу в 1922 году, в Нью-Йоркский зоосад, но прожил он там только 49 дней. Попытки разводить утконосов в неволе увенчались успехом всего несколько раз.
Отношения с людьми
Тогда как в природе врагов у этого зверька немного (иногда на него нападает питон, крокодил, хищная птица, варан, лиса или случайно заплывший тюлень), в начале прошлого века он оказался на грани исчезновения. Столетняя охота сделала своё дело и почти всех уничтожила: изделия из меха утконосов оказались до того популярны, что браконьеры пощады не знали (для пошива одной шубы нужно около 65 шкурок).
Ситуация оказалась настолько критична, что уже в начале прошлого века охота на утконосов была полностью запрещена. Меры оказались успешны: сейчас популяция довольно стабильна и ей ничего не угрожает, а сами зверьки, будучи коренными жителями Австралии и отказывающиеся размножаться на других материках, считаются символом континента и даже изображены на одной из монет.
Где посмотреть?
Для того чтобы посмотреть на живого утконоса, вы можете посетить зоопарк Мельбурна или заповедник австралийских животных Хилсвилл в окрестностях Мельбурна. Здесь воссозданы естественные условия обитания утконоса в природе, и почти всегда можно наблюдать за этим удивительным животным.
- После открытия утконосов, ученные еще в течение 27 лет не знали к какому классу отнести этих животных. Только когда немецкий биолог Меккель обнаружил молочные железы у самки утконоса, их отнесли к млекопитающим.
- Самки утконоса откладывают яйца как рептилии или птицы.
- У утконосов среди всех млекопитающих самый медленный обмен веществ в организме. Но при необходимости, например, для согрева в холодной воде, утконос способен ускорить обмен веществ в 3 раза.
- Нормальная температура тела у утконоса всего 32°C.
- Существуют только два млекопитающих способных воспринимать электрические сигналы, и одно из них утконос. С помощью электрополяции утконосы могут уловить электрические поля своей добычи.
- Утконосы ядовиты, но только самцы. Каждый самец утконоса на задних лапах имеет шпоры, которые соединены с железой на бедре. В брачный период железа вырабатывает очень сильный яд, запросто убивающий животное среднего размера, например, собаку динго. Хотя для человека яд утконоса не смертельный.
- У самцов утконоса половые семенники находятся внутри тела возле почек.
- Живет утконосы только в пресной воде, никогда не заплывая в соленые воды.
- Клюв утконоса мягкий, а не твердый как у птиц, покрытый кожей.
- Лапы утконоса предназначены как для плавания, так и для копания земли.
- У самок утконоса нет выводковой сумки и сосков. Молоко стекает прямо по шерсти, а малыши просто его слизывают.
- Живут утконосы в среднем около 10 лет.
- Утконос изображен на 20 центовой монете Австралии.
- Под водой утконосы ничего не видят, не слышат и не чувствуют запахов, так как клапаны ноздрей, желобки ушей и глаз закрываются.
- Ежегодно утконосы ложатся в спячку на 5-10 дней, после нее начинается брачный период.
Видео
Источники
- https://ru.wikipedia.org/wiki/Утконос
http://awesomeworld.ru/zhivaya-priroda/zhivotnyj-mir/utkonos.html#i-2
- Перевод
Можно ли предсказать эволюцию или она действует наобум
С сопением пробираясь через подлесок, небольшое косматое существо бродит лесной ночью, тыкаясь носом то в одно место, то в другое, выискивая запах своего мягкотелого ужина. В лесу темно, зрение у этого существа плохое, но длинные усы и хорошее обоняние позволяют ему ориентироваться. В случае угрозы оно способно развивать головокружительную скорость, мчаться через растительность, нырять в норы, и быстро исчезать из виду.
Совершенно неоригинальный стиль жизни. Множество животных по ночам гуляют по лесу, и сходным образом ищут небольшую добычу: ежи, землеройки, ласки, а кроме них и крупные звери – опоссумы и даже свиньи. Мир полон таких зверей.
Но это животное не такое. Все остальные – волосатые. Волосяной покров этого животного также мягкий, состоящий из миллионов тонких прядей. Но это не волосы. Все остальные передвигаются на четырёх ногах и вынашивают живое потомство. Но не это.
Царапая, изучая окружение, нюхая, это животное иногда создаёт дуэт со своей парой, перекликаясь, оставаясь на связи при проходе по своей территории. Крик самца выдаёт его название: «Кии-вии, кии-вии».
Фильтры, разделяющие еду от воды, у китов и китовых акул имеют совершенно разное строение
Мы в Новой Зеландии, и это ночное насекомоядное – птица, с обрубками вместо крыльев, усами, как у кошки, мягкими перьями, и, в отличие от остальных птиц, с ноздрями, расположенными на кончике клюва. Многие называют её «почётным млекопитающим».
Новая Зеландия забита необычными существами. Но что ещё необычно, так это то, чего там нет: млекопитающих. На островах едва найдётся клочок шерсти. Не считая морских котиков, заполняющих прекрасные пляжи Новой Зеландии, единственными местными млекопитающими является тройка летучих мышей – и даже они странные.
На другой половине земного шара, в Кубе, есть свои странности. Сова ростом с первоклашку, питавшаяся, среди прочего, молодыми гигантскими наземными ленивцами, к сожалению, вымерла (как и гигантские ленивцы, сравнимые по размеру с гориллой), но на острове всё ещё живёт птица колибри размером со шмеля; щелезуб, архаичное млекопитающее, будто сошедшее со страниц детских книг, с ядовитой слюной и длинным, гибким, усатым носярой; нечто вроде морской свинки размером с бигля, способное карабкаться на деревья и в изобилии выдающее зелёные какашки в форме банана.
Даже на небольших островах есть свои необычные диковинки. На острове Лорд-Хау площадью 14,5 кв.км. в форме полумесяца, расположенном в Тасмановом море, живут «древесные лобстеры», которые, несмотря на название, представляют собой тучных и здоровенных представителей семейства насекомых, обычно характеризующееся тонкими, палочкоподобными представителями. На Соломоновых Островах на юге Тихого океана живёт ящерица, изображающая из себя обезьяну: гигантский цепкохвостый сцинк – это блестящая, стройная, 70 см ящерица с цепким хвостом, которым она цепляется за ветви деревьев в поисках фруктов. И все слышали про некогда существовавшую птицу додо с острова Маврикий в Индийском океане. Она не умела летать, не имела перьев, питалась фруктами, размером была с индюка, ростом достигала метра, и весила до 20 кг.
Среди небольших островов первое место по числу странностей занимают Гавайские острова: равнокрылые стрекозы, чьи личинки, обычно водные, живут на земле; прожорливые плотоядные гусеницы; плодовые мушки, переключившиеся с фруктов на разлагающиеся растения; ещё одни плодовые мушки с головой в виде молотка, которые защищают свою территорию, бодаясь, будто бы бараны. Растительный мир Гавайев такой же странный – первенство держит бригамия замечательная, выглядящая, «как кегля, увенчанная салатом-латуком».
А ещё есть Мадагаскар, который иногда называют восьмым континентом из-за его отличительной флоры и фауны. Там есть карликовый гиппопотам; адаптивная радиация лемуров (включая одного весом в 35 кг, свисающего с веток, как ленивцы, и другого, похожего на коалу-переростка – но оба эти вида были истреблены человеком); трёхметровые 500-килограммовые слоновые птицы (вымершие; самые тяжёлые из всех когда-либо существовавших птиц); половина всех мировых видов хамелеонов, выстреливающих языки, по длине в два раза превышающие длину их тела; ископаемые лягушки размером с большую пиццу; крокодилы-вегетарианцы; жуки с шеей, как у жирафа. Растения Мадагаскара не менее странные, включая пустынные леса, состоящие из высоких и тонких стеблей, усеянных колючками, и толстые деревья-баобабы, выглядящие так, будто их воткнули в землю вверх корнями.
Последними по порядку, но не по значимости, идут чудеса Австралии: утконос, кенгуру, коалы – во всём остальном мире нет ничего подобного.
Полёт у птиц и летучих мышей развивался независимо. И те, и другие приспособили под крылья передние конечности, только птицы используют перья, а летучие мыши – кожу.
К чему всё это сводится: Острова дают нам представление об альтернативных мирах эволюции, которые могли бы существовать, если бы жизнь повернулась как-то по-другому. Что, если бы млекопитающие вымерли в конце мелового периода вместе с динозаврами? Новая Зеландия демонстрирует, как это могло бы выглядеть. Куда завела бы эволюция приматов, если бы обезьяны не эволюционировали? Обратите внимание на лемуров, которые водятся исключительно на Мадагаскаре.
Острова дают нам книгу рецептов эволюции. Получающиеся блюда говорят нам о том, что предсказать, что получится в печке, невозможно. Поменяйте ингредиенты или последовательность их добавления, прибавьте жару, не положите что-нибудь, бросьте одну щепотку соли вместо двух – и результат может оказаться совсем иным. Островная книга рецептов изобилует примерами случайностей и непредвиденных обстоятельств, а разнообразие результатов говорит о том, что предсказывать, что именно появится на любом из островов в результате эволюции, очень сложно.
Многие десятилетия общепринятым мнением эволюционной биологии, сформулированным Стивеном Джеем Гулдом, была одна из таких случайностей: измените любое событие в истории жизни, и вся жизнь может стать совершенно другой. Существование такой современной жизни, какая она есть, не неизбежно и даже не наиболее вероятно – всё это лишь игра случая.
Но в последние годы появился костяк учёных, под руководством Саймана Ковнэя Морриса, принявших противоположную точку зрения – они утверждают, что определённые эволюционные решения достаточно вероятны. Совершенно разные виды в ходе эволюции постоянно вырабатывают схожие адаптивные решения проблем, встречающихся в их окружении – допустим, очень похожая структура глаз людей и осьминогов. Эти повторяющиеся решения называют эволюционной конвергенцией (сходимостью). С этой точки зрения случайности история мало на что влияют, и их эффекты стираются предсказуемым напором естественного отбора.
Мы легко можем понять конвергенцию – виды, одинаково приспосабливающиеся к одинаковым ситуациям. Но что насчёт эволюционных решений, единственных в своём роде? Почему другие виды не выработали сходных решений в ходе эволюции?
Одно из объяснений исключений эволюции – появление необычных видов в уникальных окружающих условиях. Возможно, у них не было аналогов потому, что никто не попадал в схожие обстоятельства. Это может объяснить коалу. Вся её жизнь завязана на эвкалиптовых деревьях и поедании их листьев, в которых содержится множество ядов. В результате пищеварительная система коалы чрезвычайно длинная, что даёт ей много времени для детоксификации листьев и извлечения питательных веществ. Медленный проход пищи в сочетании с её небольшой питательной ценностью означают, что коале приходится минимизировать расход энергии и спать большую часть дня. Эвкалиптовые деревья происходят из Австралии, поэтому, возможно, что своеобразие коалы отражает уникальность её окружения.
Но мне кажется, что в большинстве случаев такое объяснение не подходит. Утконосы водятся в ручьях, прудах, озёрах и реках восточной Австралии, где они могут есть речных раков и других водных беспозвоночных, которых они разыскивают, шныряя по дну, и чувствуя жертву при помощи электрорецепторов, расположенных на клювах. В остальное время они удаляются в свои покои на концах длинных нор, прорытых на речном берегу. Такой стиль жизни кажется возможным во многих местах кроме Австралии. Ручьи, на которых они обитают, очень похожи на ручей, проходивший за домом моего друга, когда мы росли в Сент-Луисе. В Северной Америке полно ручьёв, где живут раки, многие из которых расположены в климатах, схожих с тем, в котором живёт утконос, при отсутствии более страшных хищников, чем обитающие в Австралии. Так где же наш двойник утконоса? Почему где-то ещё не появилось ничего похожего? Или кенгуру, или любой другой из перечисленных мною примеров – все они живут в средах обитания, встречающихся где-либо ещё.
Другие объяснения эволюционных исключений состоят в том, что естественный отбор либо не такой предсказуемый, либо не такой мощный, как считают некоторые. То есть, даже живые существа, обитающие в схожих условиях, могут эволюционировать по-разному.
Главная причина отсутствия конвергенции – наличие нескольких способов адаптации к задачам, которые ставит окружающая среда. Задумайтесь о том, как плавают позвоночные. Многие используют свой хвост, но хвосты все разные. У рыб хвосты сплющены по вертикали и двигаются вправо-влево. Крокодилы плавают точно так же. Но у китов хвосты сплющены горизонтально, и двигаются вверх и вниз. Другие животные, вроде ужей или морских змей, совершают волнообразные движения всем телом. Некоторые птицы, например, бакланы и гагары, могут быстро двигаться под водой, неистово гребя перепончатыми лапами. С другой стороны, некоторые виды плавают при помощи изменившихся передних конечностей – такие ласты есть у морских львов, а пингвины используют для этого крылья. Однако самым удивительным пловцом может быть древесный ленивец, чьи длинные передние конечности, эволюционировавшие для свисания с веток, помогают ему ползти. У беспозвоночных встречается ещё больше решений для передвижения в воде, к примеру, реактивное движение у осьминогов и кальмаров.
Этот список различных методов быстрого передвижения в воде вызывает естественный вопрос: насколько похожими должны быть свойства двух видов, чтобы считать их конвергенцией? Кальмары и дельфины используют очень разную анатомическую систему для быстрого передвижения в воде – они явно не конвергируют. А ещё один непохожий способ передвижения – гребля перепончатыми лапами у некоторых водных видов птиц.
Другие примеры не такие явные. Что по поводу плоских хвостов у китов и акул – они схожи по строению и работе, только один из них вертикальный, и движется вправо-влево, а другой – горизонтальный, и движется вверх-вниз? Эти особенности представляют собой небольшие вариации в конвергенции или неконвергентные решения со схожей функциональностью? Подозреваю, что большинство людей посчитают горизонтальные и вертикальные плоские хвосты по сути одним решением.
Отойдём на шаг назад, к свойствам, приводящим к схожим функциональным результатам, но выказывающим большое анатомическое разнообразие между видами. Среди позвоночных активный полёт появлялся в процессе эволюции три раза: у летучих мышей, у птиц и у птерозавров (больших рептилий, завоевавших небеса в эпоху динозавров). Все они изменили свои передние конечности до состояния крыльев, и летают (или летали, в случае птерозавров) по сути, одинаково, размахивая лёгкой структурой вниз, чтобы произвести подъёмную силу и ускорение вперёд.
Но тщательное изучение показывает, что крылья этих летающих позвоночных устроены очень по-разному. Самое очевидное отличие заключается в самой аэродинамической поверхности. Птицы используют перья, отдельно растущие из костей рук. Профиль крыла летучих мышей и птерозавров состоит из тонкой, но очень прочной кожи, натянутой между костями пальцев и телом, а в некоторых случаях даже соединяющейся с задними лапами. Анатомии скелетов крыльев у трёх этих групп также сильно отличаются.
Так являются ли крылья, выросшие из передних конечностей птиц, летучих мышей и птерозавров, конвергентными адаптациями для активного полёта, построенными по-разному? Или они представляют альтернативные, неконвергентные способы для выработки активного полёта в процессе эволюции?
Ещё один пример. Крупнейшая рыба в море – 18-метровая китовая акула. Как и киты, она питается через фильтр, заглатывая огромные количества воды своим массивным ртом и отфильтровывая крохотную пищу. Но на этом сходство заканчивается. Усатые киты – синий, горбатый, серый и другие – ловят добычу, проталкивая воду через жёсткие пластины похожего на гребень китового уса, формирующего завесу, свисающую с верхней челюсти. Любая частичка еды крупнее, чем щели в усе, задерживается его внутренней поверхностью, после чего переваривается. И наоборот, у китовых акул вода проходит через жабровые щели, расположенные по бокам задней части головы. Хрящевые фильтры расположены таким образом, что вода проходит между фильтрами, через жабры и выходит в океан, а частицы еды продолжают двигаться мимо жабровых щелей, и формируют в горле массу, которая затем проглатывается. Так что усатые киты и китовые акулы – крупные водные существа, использующие огромные рты для забора воды и фильтрации мелкой добычи. Но конкретная структура фильтров отличается по конструкции, расположению и схеме работы. Конвергентные это адаптации для фильтруемого питания или нет?
Проводить черту между конвергенцией и её отсутствием у структур, во многом совпадающих, и приводящих к сходным функциональным преимуществам, можно произвольно. Я склоняюсь к тому, чтобы считать крылья птиц, летучих мышей и птерозавров конвергенцией. Точно так же я считаю, что усатые киты и китовые акулы конвергентны, поскольку они имеют большие пасти, и питаются планктоном. Однако сами их системы фильтрации и питания я считаю не конвергентными, а альтернативными адаптациями к такому питанию. Но в таких случаях не существует правильных или неправильных ответов.
Гепарды и гиеновидные собаки охотятся на одинаковых животных, применяя разные стратегии и анатомические адаптации
В других случаях виды могут адаптироваться, эволюционируя явно различным образом, производя неконвергентные фенотипы со сходными функциональными возможностями. Мой любимый пример такого явления связан с подземной жизнью грызунов. Более 250 видов из клана крыс проводят большую часть жизни под землёй, двигаясь по самостоятельно прорытым тоннелям. Такое рытьё нор в процессе эволюции постоянно появлялось у грызунов, но достигалось разными методами. Многие грызуны роют норы обычным способом, разрыхляя землю перед собой при помощи передних конечностей, и закидывая её назад. Передние конечности таких видов крепкие и мускулистые; когти длинные и сильные. Другие виды используют зубы вместо когтей для удаления почвы. Как и следовало ожидать, их зубы длинные и выдающиеся, даже по стандартам грызунов, а мускулы челюстей и черепа массивные. Большинство зубных землекопов избавляются от почвы, отпихивая её назад при помощи передних конечностей, но у некоторых грызунов проявляется ещё одна вариация – они утрамбовывают размягчённую почву в стены тоннеля при помощи ударов длинной, похожей на лопату морды. Различия в анатомии этих землекопов – очевидная иллюстрация неконвергентных адаптаций, приводящих к сходным функциональным результатам.
Конвергенция может не возникнуть и по другой причине. Часто существует несколько разных функциональных способов адаптации к окружающей среде. Например, посмотрите, как виды, служащие потенциальной добычей для хищников, могут адаптироваться к присутствию такого хищника, как лев. Один вариант – выработать в процессе эволюции беговые возможности, чтобы обогнать их, но есть и другие варианты. Это камуфляж, пассивная защита или активная защита. Итоговые адаптации бесспорно будут неконвергентными, например, рога африканского буйвола, нательная броня броненосцев и черепах, длинные ноги импалы, шипы дикобраза, яд и точность плевков плюющейся кобры и пёстрая шкура лесной антилопы.
Множество решений одной и той же проблемы не ограничены защитой. Гепарды и гиеновидные собаки охотятся на одинаковых животных, но кошачьи делают это при помощи коротких бросков с огромной скоростью, а собаки бегают медленнее, но дольше, изнуряя жертву. И их адаптация соответственно различается: очень длинные ноги и гибкий позвоночник гепарда позволяет ему разгоняться до 110 км/ч; отличная выносливость гиеновидных собак позволяет им бежать с постоянной скоростью в 50 км/ч достаточно долго, чтобы утомить жертву (а гепарды могут бежать с большой скоростью только на короткие дистанции).
Или рассмотрим адаптации животных с целью получения нектара. Растения вырабатывают часто сладко пахнущую, сладкую жидкость, чтобы приманивать насекомых, птиц и других животных для помощи в репродуктивном процессе. Когда животное засовывает голову или всё тело в цветок, чтобы полакомиться нектаром, оно покрывается пыльцой. При переходе к следующему цветку часть пыльцы отпадает и опыляет семяпочки растения.
У многих цветов есть длинные трубочки с нектаром на дне – таким образом цветок ограничивает доступ и получение пыльцы несколькими определёнными видами, хорошо адаптированными для использования этого цветка, например, мотыльками с длинными хоботками и колибри с такими же длинными клювами и языками. Такие виды, благодаря адаптации, не часто посещают другие цветки, что ограничивает вероятность того, что пыльца с них упадёт в цветок другого вида и пропадёт таким образом.
Но не все питающиеся нектаром существа играют по правилам. Некоторые виды насекомых, птиц и млекопитающих прогрызают дыру в основании цветка, обходя лепестки и их пыльцу, таким образом не выполняя свою роль в коэволюционной сделке. Для этого эти нектарные воры используют очень разные адаптации. Им не нужны длинные языки и части головы, чтобы добираться до дна длинных трубочек, они вырабатывают свойства, улучшающие их возможность прорваться через материал цветка. У некоторых колибри для этой цели есть зазубрины на клювах. У птички-крючкоклюва на конце верхней части клюва есть крючок, использующийся для разрезания цветков. В этих многих примерах видно, что для решения поставленных окружением задач часто существует несколько эволюционных вариантов. Но то, что их много, не значит, что в результате эволюции появятся все варианты. Конвэй Моррис со своей командой утверждают, что обычно один вариант имеет перед другими преимущество, и поэтому одни и те же свойства конвергентно появляются снова и снова. Однако конвергентность появляется не всегда. Почему бы естественному отбору не использовать одно и то же свойство каждый раз?
Может случиться так, что два или более свойств окажутся эквивалентными. Камуфляж или умение убегать с высокой скоростью могут быть одинаково успешными способами избегания хищников. Или один способ окажется успешнее другого для конкретной цели, но с другими недостатками, перевешивающими его преимущества. Быстрое бегство от приближающегося хищника может быть хорошим способом ухода, но камуфляж может улучшить способности таких животных, как змеи, подстерегать свою собственную жертву. Когда выживание и воспроизводство суммируются, особи с камуфляжем могут оказаться настолько же успешными, как и те, что полагаются на скорость, и они тоже благодаря воспроизводству передают свои гены в следующее поколение. В результате естественный отбор не предпочтёт одно другому. Появление свойств может быть делом случая, вопросом того, какая мутация возникнет первой, когда на особей начинается охота.
И наоборот, эволюция какого-то свойства может зависеть от первоначального фенотипа и генотипа вида. В целом активный вид может быть предрасположенным к выработке свойств, влияющих на увеличение скорости при появлении хищника, а менее подвижные виды могут выработать камуфляж. Ни один из вариантов не преобладает над другим, но эволюционный результат может сильно зависеть от начальных условий.
Может быть и так, что одно решение окажется предпочтительнее, но в каких-то случаях легче выработать не самое оптимальное решение. Французский учёный Франсуа Жакоб, получивший нобелевскую премию за исследование работы ДНК, предложил аналогию, объясняющую, почему естественный отбор не всегда приводит к появлению идеально сконструированного организма. Жакоб говорит, что естественный отбор не похож на инженера, конструирующего оптимальное решение для имеющейся проблемы. Лучше представьте себе самоделкина, мастера на все руки, использующего те материалы, что есть у него под рукой, чтобы создать жизнеспособное решение – не наилучшее из возможных, но наилучшее из доступных в данных обстоятельствах.
Представьте себе птиц, оказавшихся у озера, полного медленно плавающей рыбы. Они могут начать нырять за едой, и со временем адаптироваться к водному образу жизни, вырабатывая большие и мощные задние лапы, как у баклана, или меняя форму крыльев и приближая их к ластам, как пингвины. Допустим, что наилучший способ быстро и ловко плавать – это двигать в воде сильным мускулистым хвостом, размахивая им влево и вправо, или вверх и вниз – так делают самые быстрые пловцы. Но у птиц нет длинных хвостов – они потеряли их в начале эволюционной истории, более ста миллионов лет назад, и у них есть только небольшой остаток из сросшихся костей («хвосты» у птиц состоят только из перьев, но не из костей). Я не утверждаю, что повторно выработать в результате эволюции длинный хвост невозможно – но естественный отбор, мастер на все руки, скорее всего не пойдёт по этому пути. У птиц уже есть крылья и ноги, способные обеспечивать движущую силу. Кажется более вероятным, что естественный отбор будет работать над улучшением плавательных функций уже существующих структур, чем то, что он выработает новую структуру с нуля, даже если новая птица с костяным хвостом – которая будет выглядеть как гибрид между гагарой и крокодилом – будет плавать гораздо лучше.
Но всё же, если птица-крокодил будет лучше приспособлена – она будет лучшим пловцом – почему же водоплавающие птицы не эволюционируют в этом направлении? Возможно, иногда в каком-то направлении нельзя пройти: пройти эволюцию от одной адаптивной формы к другой трудно потому, что промежуточные условия окажутся непригодными. Длинный мощный хвост хорош для быстрого плавания, но короткий хвост может только мешаться и уменьшать скорость плавания. У естественного отбора нет предвидения – он не будет играть в пользу вредного свойства только потому, что это первый шаг на пути, ведущем к превосходству. Чтобы свойство появилось в результате естественного отбора, каждый шаг на пути должен быть улучшением по сравнению с предыдущим – естественный отбор никогда не предпочтёт ухудшение состояния, даже если это только переходная эволюционная фаза.
Что же у нас получается? Является ли конвергенция основополагающей силой, демонстрацией структуры биологического мира, направляемой предсказуемым влиянием естественного отбора по пути к предрешённым окружением результатам? Или же примеры конвергентной эволюции – это исключения, специально подобранные иллюстрации биологической предсказуемости в случайном мире, в котором у большинства видов нет эволюционных параллелей?
На эту тему можно спорить до хрипоты. Я приведу в пример утконоса, вы дадите контрпример в виде конвергентных ежей; я отвечу уникальным древесным ленивцем; вы ответите прыгающей на двух ногах мышью, независимо появившейся в результате эволюции на трёх континентах. Именно так этот спор развивался исторически – при помощи составления списков и рассказывания историй.
Нужно похвалить Конвэя Морриса с коллегами за то, что они вытащили конвергентную эволюцию на передний край. Конвергенция была известна нам всем в качестве хитрого трюка естественной истории, яркого примера возможностей естественного отбора. Но Конвэй Моррис с коллегами ясно показали, что эволюционное копирование встречается гораздо, гораздо чаще, чем мы думали. Теперь мы понимаем, что она очень часто встречается в природе, и можно найти полно её примеров. И всё же она не вездесущая.
Кажется, что так же часто, а может и чаще, виды, живущие в схожих условиях, не адаптируются конвергентно. Сейчас нам нужно перейти от описывания исторических закономерностей и сбора примеров. Нам нужно спросить, можем ли мы понять, почему конвергенция происходит в одних случаях, а не в других – что объясняет, до какой степени конвергенция может происходить, и до какой не может, почему прыгающие на двух ногах грызуны независимо появились в пустынях всего мира, а кенгуру – только однажды. А для этого нам нужно не просто добавить несколько дополнительных примеров к списке. Нам нужно проверить гипотезу эволюционного детерминизма напрямую.
Эволюционная биология поздно включилась в экспериментальную игру – легендарная медлительность эволюции не давала развиваться идеям экспериментов. Теперь мы знаем, что этот взгляд ошибочен, что эволюция может идти очень быстро. И это понимание открывает новые возможности в изучении эволюции.
Джонатан Лосос – профессор биологии, директор Лаборатории Лососа в Гарвардском университете, куратор герпетологического отдела Гарвардского музея сравнительной зоологии. Автор книги «Ящерицы в древе эволюции: экология и адаптивная радиация анолисов». Приведён отрывок из книги «Маловероятные судьбы: судьба, случайность и будущее эволюции».
Стивен Уильям Хокинг появился на свет 8 января 1942 в Оксфорде, Великобритания. Отец будущего ученого, Фрэнк, занимался исследовательской деятельностью в центре медицины в Хампстеде, а мать, Изабель, работала в том же центре на должности секретаря. Кроме того, у четы Хокингов были также две дочери – Филипа и Мэри. Хокинги усыновили еще одного ребенка – Эдварда.Биография ученого Стивена Хокинга
Хокинг окончил университет в родном Оксфорде, со степенью бакалавра в 1962 году. В 1966 стяжал ученую степень Доктора философии (Ph.D.), окончив при университете г. Кембриджа колледж Тринити-холл.В начале 60-х годов у Хокинга была выявлена болезнь – боковой амиотрофический склероз, - которая стала быстро прогрессировать, и привела вскоре к полному параличу. В 1965 году Стивен Хокинг вступает в брак с Джейн Уайлд, которая родила ему двоих сыновей и дочь.
В 1974 году Стивен Хокинг получает постоянное членство в Лондонском королевском обществе по развитию знаний о природе.
В 1985 году Хокингу провели операцию на горле, после которой ученый практически полностью утратил способность говорить, с тех пор ученый общается с помощь синтезатора речи, который разработали для него и подарили друзья. Также небольшая подвижность некоторое время оставалась в указательном пальце на правой руке ученого. Но вскоре подвижной в теле Хокинга осталась только одна из мимических мышц щеки; через установленный напротив этой мышцы датчик Стивен Хокинг совершает управление специальным компьютером, дающим возможность ученому общаться с теми, кто его окружает.
Стивен Хокинг предсказал конец света
В 1991 году Хокинг развелся со своей первой супругой, а в 1995 женился на женщине, бывшей до этого сиделкой ученого, Элайн Мэнсон, и был женат на ней до октября 2006-го года (11 лет), после чего развелся и со второй своей супругой..
Практически полный паралич тела Хокинга не является преградой для ученого, предпочитающего вести насыщенную жизнь. Так, в апреле 2007-го, Стивен Хокинг испытал на себе условия полета в невесомости, совершив путешествие на специальном летательном средстве, а 2009-м даже собирался слетать в космос.
Со слов ученого, занимательно, что он, являясь профессором математики, не имеет соответствующего математического образования. Даже будучи преподавателем в Оксфорде, ему приходилось проходить учебник, по которому занимались его студенты, опережая тех в познаниях всего на несколько недель.
Стивен Хокинг и открытия «на спор»
Поприщем, на котором реализовывался Стивен Хокинг-учёный, является космология и квантовая гравитация. Главными достижениями в этих областях можно назвать исследование термодинамических процессов, происходящих в черных дырах, открытие т.н. «излучения Хокинга» (явление, разрабатывавшееся Хокингом в 75-м году, которое описывает «испарение» черных дыр), выдвижение мнения о процессе исчезновения информации внутри черных дыр (в докладе от 21.07.2004).Стивен Хокинг предупредил человечество
Стивен Хокинг и еще один ученый, Кип Торн, в 1974-м побились об заклад. Предметом спора стала природа космического объекта под названием Лебедь Х-1 и его излучение. Так, Хокинг, противореча собственным исследованиям, настаивал, что объект – не черная дыра. Признав свое поражение, в 1990 году Хокинг отдал выигрыш победителю. Забавно, что ставки ученых были весьма пикантны. Хокинг ставил годовую подшивку эротического журнала «Пентхауз» против подписки на 4 года на сатирический журнал - «Private eye».
Еще одно пари, которое Хокинг заключил в 1997 году, уже в паре с К.Торном, против профессора Дж.Прескилла, послужило толчком для революционного исследования ученого и доклада в 2004 году. Так, Прескилл считал, что в волнах, излучаемых черными дырами, наличествует некая информация, но люди неспособны её расшифровать. На что Хокинг возразил ему, опираясь на собственные исследования 1975 года, что такую информацию не представляется возможным обнаружить, т.к. она попадает в Вселенную, параллельную нашей. В 2004, на конференции по космологии в Дублине, Хокинг предъявил на суд ученых новую революционную теорию о природе черной дыры, признав правоту своего оппонента Прескилла. В своей теории Хокинг заключал, что в черных дырах информация не исчезала без следа, но значительно искажалась, и однажды она покинет дыру вместе с излучением.
Хокинг - популяризатор науки
Также Стивен Хокинг известен как активный популяризатор науки. Первой его научно-популярной работой стала книга «Краткая история времени» (1988), которая до сих пор является бестселлером.
В 2005-м ученый-популяризатор переиздал свою «Краткую историю…», пригласив в соавторы Леонарда Млодинова. Книга вышла под названием «Кратчайшая история времени». В соавторстве со своей дочерью Люси, Хокинг выпустил научно-популярную книгу для детей «Джордж и тайны Вселенной» (2006г).
Выступал ученый с лекцией и в Белом доме, в 1998-м. Там он дал научный достаточно оптимистичный прогноз человечеству на ближайшие 1000 лет. Заявления же 2003-го были менее одухотворяющими, в них он посоветовал человечеству не мешкая переселяться в другие обитаемые миры, от угрожающих нашему выживанию вирусов.
Награды Стивена Хокинга
За свои научные изыскания Стивен Хокинг награжден огромным количеством наград и премий, как то: Медаль Эйнштейна (1979), Орден Британской империи (1982), Орден Кавалеров Почета (1989), Премия по фундаментальной физике (2013) и мн.др.Смерть
14 марта 2018 года Стивен Хокинг ушел из жизни. Ему было 76 лет. Он умер у себя дома в Кембридже. Трое детей ученого: Люси, Роберт и Тим, сделали следующее заявление:Стивен Уильям Хокинг (р.1942) – английский научный деятель и теоретик в области физики и космологии, профессор математики, получил образование в Оксфорде и Кембридже. Специализируется на астрофизике, занимается изучением теории чёрных дыр, а также возникновением Мира после Большого взрыва. Его основная гипотеза – маленькие чёрные дыры постепенно теряют энергию, при этом испускают излучение Хокинга и в результате испаряются.
Рождение и семья
Стивен появился на свет в самый разгар Второй мировой войны 8 января 1942 года. Это произошло в Великобритании в городе Оксфорд. До этого семья жила в Лондоне, но родители, опасаясь бомбёжек немецкой авиации, уехали оттуда (у немцев с британцами была договорённость не бомбить Кембридж и Оксфорд). Когда война закончилась, Хокинги вернулись в Лондон и жили в его северном районе Хайгейте.
Папа, Фрэнк Хокинг, родом был из Йоркшира. Все его предыдущие предки занимались фермерством, но Фрэнк решил посвятить свою жизнь медицине. Он учился в Оксфорде, потом исследовал тропические болезни, для чего пересёк почти весь африканский континент. Затем папа трудился в Хампстеде исследователем в медицинском центре.
Мама, Изабель Хокинг, родом была из Шотландии, её отец всю жизнь работал врачом. Образование получила в Оксфорде, после учёбы работала налоговым инспектором, но это занятие ей совсем не нравилось. Мама бросила такую работу и устроилась в медицинский исследовательский центр на должность секретаря, где и познакомилась со своим будущим мужем Фрэнком.
Стивен был в семье старшим ребёнком, потом появились две девочки – Мэри и Филиппа, и неродной брат Эдвард (родители усыновили этого мальчика).
Стивену было полтора года, когда появилась на свет его первая сестрёнка Мэри. Мальчика это событие не очень обрадовало. Небольшая разница в возрасте стала причиной того, что в детстве между братом и сестрой были напряжённые отношения. С годами трения исчезли, каждый выбрал свой жизненный путь, Мэри стала врачом, чему безумно был рад отец.
Когда Стивену было 5 лет, родилась его вторая сестра Филиппа. Мальчик уже понимал происходящее событие и очень сильно ждал сестричку, чтобы можно было играть втроём. Эдварда родители усыновили, когда Стивену было уже 14 лет.
Детство
Родители воспитывали детей, руководствуясь книжками по детскому развитию. Там было написано, что в возрасте двух лет дети готовы к социальным контактам, поэтому Стивена в два с половиной года отдали в детский сад при школе Байрон-Хауз. Дети играли все вместе, а Хокинг стоял в игровой комнате и громко рыдал, потому что испугался, впервые оставшись с незнакомыми людьми. Мама с папой забрали малыша и ещё полтора года в садик не отдавали.
У маленького Стивена был огромный интерес к поездам, ему очень хотелось такую игрушку. Во время войны игрушек не производили и не продавали, папа попытался сделать сыну деревянную модель поезда, но мальчика она не устроила. А когда война закончилась, отец ездил в Америку и к Рождеству привёз всем подарки: маме капроновые чулки, сестре Мэри куклу, у которой закрывались глазки, а Стивену железную дорогу в виде восьмёрки и поезд на локомотиве. До сих пор Хокинг помнит то волнение, с которым он маленький открывал тогда коробку.
Жили Хокинги в узком и высоком доме, выстроенном в викторианском стиле. Родители купили его во время войны по очень низкой цене, потому что тогда все были уверены в полном разрушении Лондона от бомбёжек. На улице, где они жили, действительно было много руин. Маленький Стивен любил играть на них со своим другом детства Говардом. Мальчишки были совсем разными. Говард ходил в обычную муниципальную школу, его родители были простыми людьми, он обожал футбол и бокс. В то время как Стивен обучался в самой передовой английской школе Байрон-Хауз, и его интеллигентные родители не приветствовали увлечения детей спортом.
В 1950 году родители купили новый большой дом в пригороде Лондона – кафедральном местечке Сент-Олбанс. А ещё Хокинги приобрели цыганский фургон, который на лето вывозили в поле около деревни Осмингтон-Миллс. Отец сделал в нём многоярусные детские кровати, а сам с мамой спал рядом, в армейской палатке. Так семья проводила каждые летние каникулы.
Образование
Переехав в Сент-Олбанс, родители определили Стивена в школу для девочек. Несмотря на такое название, туда брали и мальчишек возрастом до десяти лет. Ребёнок только отучился первый триместр, как папу направили в очередную длительную экспедицию в Африку. Мама решила это время провести с тремя детьми у своей подруги на испанском острове Мальорка. Там со Стивеном занимался учитель Уильяма, сына маминой подруги.
Дальнейшее образование Стивен получил в обычной школе в Сент-Олбансе. Класс был очень способным. Хокинг по успеваемости был в середине классного рейтинга, тем не менее одноклассники почему-то прозвали его Эйнштейном. Стивен дружил с ребятами в классе, частенько они устраивали споры на разные темы, но его особенно интересовало происхождение Вселенной.
Ближе к окончанию школы Стивен решил связать свою жизнь с математикой и физикой. Отцу не понравилось это решение, он хотел, чтобы сын развивался в медицинском направлении. Но парню никак не нравились ни химия, ни биология. Его сильнее всего увлекали астрономия с физикой, ему хотелось познать, откуда появились люди, почему они на этой планете, он мечтал постигнуть глубину Вселенной.
В 1959 году Хокинг начал обучение в Оксфордском университете. На его курсе многие ребята уже отслужили в армии и были старше Стивена, поэтому первое время он чувствовал себя одиноким. Но потом, чтобы найти друзей, он записался в клуб гребли в качестве рулевого.
Стивен получил степень бакалавра в Оксфордском университете в 1962 году, а в 1965 окончил Кембриджский университет.
Научная деятельность
Окончив обучение, Стивен занимался научной исследовательской деятельностью в следующих высших учебных заведениях: Кембриджский университет, Институт теоретической астрономии, Институт астрономии. Он трудился на кафедре теоретической физики и прикладной математики, преподавал теорию гравитации, в звании профессора вёл в университетах математику и гравитационную физику.
Он получил несколько научных степеней, должностей и званий:
- стипендиат Калифорнийского технологического института;
- член Лондонского королевского общества;
- Лукасовский профессор Кембриджского университета.
Наиболее влиятельному физику-теоретику нашей современности принадлежат следующие открытия:
- описал чёрные дыры с применением термодинамики;
- разработал теорию испарения чёрных дыр за счёт явления, получившего название «излучение Хокинга»;
- выдвинул предположение такого понятия, как «малые чёрные дыры» с массой миллиарды тонн и объёмом около протона;
- выдвинул версию о том, что микроскопические чёрные дыры – это источник практически неограниченной энергии;
- он один из основоположников квантовой космологии.
Хокинг – активный популяризатор науки. Изданы его книги, ставшие бестселлерами:
- «Краткая история времени»;
- «Чёрные дыры и молодые вселенные»;
- «Мир в ореховой скорлупке»;
- «Кратчайшая история времени»;
- «Джордж и тайны Вселенной» (для детей).
На телевидении выходили научно-документальные фильмы с его участием:
- «Вселенная Стивена Хокинга»;
- «Во Вселенную со Стивеном Хокингом»;
- «Великий замысел по Стивену Хокингу».
За свои достижения Хокинг был награждён множеством медалей, орденов и премий в области науки.
Болезнь
Ещё на последнем курсе в Оксфорде парень стал чувствовать, что становится неуклюжим. Однажды он упал с лестницы и тогда пошёл к врачу, но тот отмахнулся фразой: «Пейте поменьше пива».
Когда уже учился в Кембридже, во время катания на коньках на Рождество упал и не смог встать. Мама отвела Стивена к семейному врачу, и, после того, как отпраздновали его 21 день рождения, парня положили на обследование. Медики поставили неутешительный диагноз – боковой амиотрофический склероз и предположили, что жить ему осталось около двух с половиной лет.
В его жизни тогда всё переменилось. Когда знаешь, что совсем скоро конец, смотришь на мир совершенно другим взглядом, хочется ещё многое успеть сделать.
К счастью, врачи ошиблись, Стивену совсем скоро будет 75 лет. Да, болезнь привела к параличу, он в инвалидной коляске, но живой.
Ещё одну сложную болезнь он перенёс в 1985 году, после воспаления лёгких Хокингу сделали трахеостомию, он больше не способен был разговаривать. Друзья купили ему синтезатор речи и установили на инвалидной коляске. Во всём теле у Стивена осталась подвижной только мимическая мышца лица, напротив неё расположен датчик, с его помощью Хокинг ведёт управление компьютером и общается с миром.
Несмотря на такое тяжёлое заболевание, в 2007 году Хокинг на специальном самолёте полетал в невесомости, а в 2009 собирался в космос, но полёт не состоялся.
Личная жизнь
Стивен женился первый раз в 1965 году на девушке Джейн Уайлд, с которой познакомился на вечеринке. У них родилось трое детей – в 1967 году сын Роберт, в 1970 году дочь Люси и в 1979 году сын Тимати.
Со временем ухудшились отношения между супругами, и с 1990 года они стали жить врозь.
В 1995 году второй супругой Стивена стала его сиделка Элайн Мэйсон. Их брак продлился 11 лет.