Инопланетяне. Одна физика для всех

Будет ли эволюция в других мирах подчиняться тем же принципам, что и на Земле?

0

Новый виток интереса к инопланетянам

Недавняя череда открытий планет, вращающихся вокруг далеких звезд, вызвала новый интерес к поиску жизни в других частях Вселенной. Однако возникает вопрос — если мы когда-нибудь встретимся с другим разумом, как инопланетяне будут выглядеть? Писатели — фантасты представляли в своих произведениях, что у инопланетян будут разнообразные щупальца и думали, что они будут похожи на насекомых и зверей. Х. Г. Уэллс, например, придумал существ, состоящих из алюминия и кремния, плавающих по морям из жидкого железа в мирах, горячих как печь.

Однако, если мы проанализируем законы физики, они скажут нам, что жизнь должна существовать и развиваться только строго определенным образом, где бы она не появилась. Инопланетяне должны быть похожи на формы жизни, которые мы уже знаем.

Общая физика для всех

Рассмотрим наших земных животных, живущих на земле, в море и в воздухе. Крот, например, является роющим животным, которое проводит свою жизнь под землей, поэтому он должен был научиться создавать туннели, независимо от того, на какой планете он живет. Этот навык требует применения достаточной силы на небольшой площади, определяемой простым уравнением: давление равно силе, деленной на площадь.Таким образом понятно, почему кроты имеют острые морды и короткие лапы — они позволяют им создавать достаточное давление. Тело червя имеет цилиндрическую форму, и именно она позволяет ему свободно рыть длинные туннели.

Законы гидродинамики, работающие в жидкостях, объясняют гладкую, суженную форму тела, которую имеют животные, живущие в воде. Это акулы (рыбы), дельфины (млекопитающие) и вымершие ихтиозавры — рептилии, останки которых были обнаружены палеонтологами. Хотя подводные существа бывают разных форм и размеров, для того чтобы быстро двигаться, преследуя добычу, или ускользать от хищников, физика заставляет эволюцию разных видов приходить к одним и тем же решениям. Как отметил десятилетие назад палеонтолог Рутгерс Джордж Макги, эта тенденция будет иметь место и для плавающих существ в далеких мирах.

Похожие конструкции крыльев, которые мы видим у птиц, летучих мышей и вымерших птеродактилей, возникли в строгом соответствии с законами аэродинамики. Существует всего несколько решений, которые позволяют поднять существо в атмосферу. Недавняя работа биолога Майкла Дикинсона и его коллег из Калифорнийского университета в Беркли показала, что даже полет насекомых подчиняется этим законам. Чтобы поднять тяжелое и одновременно маленькое тело шмеля в воздух, каждая деталь его крыла должна быть очень тонко настроена. Органы и крылья насекомых существуют во многих разновидностях, но диктат физики создал их общий фундаментальный дизайн.

Маленькие насекомые, такие как божьи коровки, применяют физику для организации своих путешествий особым образом. Они используют комбинацию капиллярных сил, сил трения и сил поверхностного натяжения воды, чтобы прилипнуть к нижней стороне листьев или стенам. Их масса достаточно мала для того, чтобы эти силы смогли преодолеть гравитацию. В случае с крупными существами гравитация побеждает.

Почему у животных нет колес?

Физика может нам объяснить, почему эволюция отвергла некоторые способы передвижения. В 1980-х годах Майкл ЛаБарбера, эволюционный биолог из Чикагского университета, подробно изучал очень интересный для ученых вопрос — почему у животных нет колес? Почти каждый вид человеческого транспорта, от автомобилей до поездов, использует колеса, так почему же эволюция не использует их?

Ответ, вероятнее всего, заключается в том, что ноги — лучший способ маневрировать по неровностям планетарного ландшафта, среди скал и мутных болот. Правда, перекати — поле все же перекатываются через пустыню, а многие бактерии перемещаются через жидкости, вращая своими кнутообразными придатками. Но, похоже, это не лучший выбор для перемещения по непредсказуемой земной поверхности. Любые инопланетяне, с которыми мы столкнемся, будут иметь ноги, а не колеса.

Физика строения белков

Мы также находим ограничения, продиктованные физикой, на самых нижних уровнях жизненной архитектуры: в белках, которые составляют наши тела и отвечают за химические реакции в наших клетках. Белки похожи на ожерелья, состоящие из 20 типов аминокислот. Количество возможных комбинаций таких ожерелий невероятно велико, намного превосходит число всех звезд в известной части Вселенной. Тем не менее независимо от своего расположения, аминокислоты складываются только в несколько типов спиральных форм. Молекула белка должна находится в стабильном состоянии, которое физики называют низкоэнергетическим состоянием. Как оказалось, выполнение этого требования обеспечивают только несколько типов структур белков.

Биологическое разнообразие

Следование эволюции законам физики не означает биологического однообразия. Именно в деталях эволюционный процесс может получить свой уникальный путь, производя богатое разнообразие жизненных форм. Именно его описал Чарльз Дарвин в заключительной главе «Происхождения видов», называя «бесконечными формами, самыми красивыми». Однако лежащие в основе этого великолепного изобилия законы физики ограничивают формы живых существ вполне предсказуемыми способами. Это правило работает от молекулярного уровня до наиболее значимых и больших органов и частей тела.

Формы нашего тела также формируется по этим правилам. Наши глаза, которые позволяют нам видеть, собирая электромагнитное излучение, работают в соответствие с теми же принципами. Они же используются при создании фотоаппаратов: объектив и зеркало работают вместе таким образом, чтобы фокусировать и контролировать свет. Эволюция довела наши кости до такой толщины, которая просто идеально подходит для того, чтобы работать против вездесущего притяжения Земли. Наше вертикальное положение тела, с конечностями, которые свободно могут использовать инструменты под управлением мощного компьютера в наших головах, является прямым следствием существующих законов физики.

Инопланетяне, если мы когда-либо встретим их, вряд ли будут нашими копиями. Они вполне могут иметь многообразные органы и конечности. Никто не говорит о том, что у них должно быть две ноги и две руки в тех же местах, что и у людей, — инопланетяне могут быть устроены по-другому. Но их облик в любом случае будет нести неизгладимый отпечаток общих законов физики нашей Вселенной. Инопланетяне, подобные Учителю Йоде, будут существовать с большей долей вероятности, чем разумные капли или говорящие грибы.

Любые инопланетяне, которые научились строить космические корабли, общаться на расстоянии и исследовать тайны вселенной, будут похожи на нас в их технологической и поведенческой способности. Ни один живой организм не сможет избежать конвергенции: физика — молчаливый командир жизни, какой бы умной она ни была.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Комментировать

Войти с помощью: 

Этот сайт использует куки. Вы можете отказаться, если хотите Принять Прочитать больше

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: