Շատ տարօրինակ կյանք. Ուսումնասիրում ենք Պանդորա մոլորակի անհայտ բիոսֆերան
Տարվա գլխավոր կինոիրադարձությանը` Ջեյմս Քեմերոնի «Ավատար. Կրակ և մոխիր» (Avatar: Fire and Ash) ֆիլմի պրեմիերային մնացել են հաշված օրեր։ Սա բազմամիլիարդանոց ֆրանշիզի արդեն երրորդ մասն է, սակայն «Ավատարը» ոչ միայն հսկայական գումարներ են վարձույթում, ոչ միայն նոր կինոտեխնոլոգիաներ են, այլև մանրակրկիտ մշակված աշխարհ` Պանդորա մոլորակն իր հարուստ կենսաբազմազանությամբ։
PAN-ը չէր կարող անմասն մնալ այս կարևորագույն իրադարձությունից ու անցկացրել է հերթական հետաքրքիր էքսպերիմենտը։ Պատկերացրեք, որ հայտնաբերել եք անանուն կենսաբանի դաշտային մատյանը, որում նա նկարագրում է Պանդորայի ունիկալ կղզիներից մեկն ու դրա բնակիչներին։ Կղզի, որից նա'վիները հեռու են մնում ու որի մասին «մոյժեյքն» ու իր ընտանիքը ընդհանրապես տեղյակ չեն։
(Ինչպես գիտեք, մեր հոդվածները պատրաստելիս մենք նույնպես հետևում ենք տեխնոլոգիական թրենդերին, բայց կրեատիվով։ Օրինակ, իլյուստրացիաները գեներացրել են Gemini-ի Nano Banana Pro ու ChatGPT-ի Dall-E արհեստական բանականության գործիքները, սակայն բոլորը հիմնված են հոդվածի հեղինակի սքեթչերի վրա)։
Ձայնագրություն №1. Իլումարա կղզին։ Կարճ դիտարկումներ։ Դաշտային օրագիր, օր առաջին։
Կղզին փոքր է, մոտ քսան կիլոմետր երկարությամբ ու մոտ տասներկու կիլոմետր լայնությամբ։ Ձևով այն ձգված կիսալուսին է։ Մակերեսը մոտ 113 քառակուսի կիլոմետր, սակայն կան հիմնավոր կասկածներ, որ կղզու մակերևույթը միայն այսբերգի գագաթն է, խիստ հարուստ կենդանական ու բուսական աշխարհի ճնշող մեծամասնությունը բնակվում է խորքերում։ Բանը նրանում է, որ կղզին, ըստ էության, հսկայական սիլիկատա-անոբտանիումային համաձուլվածքի մոնոլիտ կտորի միայն վերին հատվածն է։ Նախկինում կարծիք կար, որ կղզին ունի հրաբխային ծագում, սակայն արբանյակային պատկերները միանշանակ վկայում են. սա Պանդորայի սիրտը մխրճված հսկայական մոնոլիտ օբյեկտի վերևի հատվածն է։ Առայժմ անհայտ է, երբ է տեղի ունեցել բախումը ու ինչու օբյեկտը չի ոչնչացել մոլորակի հետ բախման արդյունքում, այլ զուտ մխրճվել ու մնացել է նրա մանտիայում։
Հնարավոր է, հանելուկի լուծումը համաձուլվածքի մեջ է։ Ոչ մի հայտնի տեխնոլոգիայով հնարավոր չի առանձնացնել մաքուր անոբտանիումը սիլիկատա-անոբտանիումային համաձուլվածքից, այնպես որ այդ հարցում կղզու բնակիչների բախտը բերել է, հակառակ դեպքում RDA-ն այստեղ կուղարկեր իր գլխակերներին…
Ինչևիցե, «կղզին», ըստ էության, ոչ թե դասական իմաստով կղզի է, այլ, ինչպես նշեցի, մոլորակի մեջ մխրճված օտար մարմին։ Դրա երկարությունը հասնում է 300 կիլոմետրի, լայնությունը` մոտ 45 կիլոմետր։ Ու, ամենակարևորը, ներսում այն շվեյցարական պանրի կամ սպունգի նման ծակոտկեն է։ Հազարավոր խոռոչներ, տարբեր չափերի, այնպես որ օբյեկտի ներքին մակերեսը, ըստ տարբեր հաշվարկների, 3-ից 5 մլն քառակուսի կիլոմետր է։ Այսինքն, Իլումարա կղզու տակ թաքնված է մի ամբողջ մայրցամաք, որի մակերեսը բաշխված է խոռոչների, թունելների ու ճաքերի միջև։ Ըստ էության, դա մի առանձին աշխարհ է` սեփական գլոբալ էկոհամակարգերով։
Որտեղի՞ց է Իլումարան վերցնում էներգիա։ Պատասխանը պարզ է` մոլորակի մանտիայից։ Օբյեկտի արտաքին պատերը տաքացած մանտիայի հետ անդադար շփման մեջ են։ Պատերի սիլիկատա-անոբտանիումային համաձուլվածքը կլանում է ջերմային ճառագայթումն ու ճառագայթում դեպի ներս ռենտգենյան դիապազոնում։ Ներսում արդեն կան միաբջիջ օրգանիզմներ, որոնք իրականացնում են ռադիոսինթեզ (ֆոտոսինթեզի տեղային անալոգը)` որպես նյութ օգտագործելով նաև շրջակա միջավայրի հարուստ մոլեկուլյար պաշարները։ Հենց դրանք էլ սննդային շղթայի հիմքն են, անհրաժեշտ գազեր ու լուսավորություն արտադրողները, ու ոչ միայն։
Ըստ էության, օբյեկտի քիմիական ստրուկտուրան ու նրա փոխազդեցությունը մանտիայի հետ այն շարժիչն է, որը թույլ է տալիս ներսում պահպանել ցածր էնթրոպիան, պահել ջուրը ու մյուս անհրաժեշտ տարրերը միասնական բարդ կենսաքիմիական շրջապտույտում։
Ձայնագրություն №2. Լիտոկորիս ճարտարապետ։
Քանի որ խորքային էկոհամակարգը մեզ համար դեռ մեծամասամբ անհասանելի է, ես կնկարագրեմ հենց կղզու մի շարք հետաքրքիր բնակիչների։
Լիտոկորիսը փոքր, եղունգի չափ արարած է, որը այնքան հմուտ կենսաբանական ճարտարապետ է, որ նման ինտելեկտը ուղղակի չպիտի առաջատար նման փոքր մարմնում։
Այս միջատանման արարածի գլխավոր առանձնահատկությունը նրա կնճիթ-ծայրափողակն է, որը կարողանում է մինիատյուր կենսապրինտերի նման կառուցել... կենդանի օրգանիզմներ։ Կենսաթանաքը բաղկացած է արարածից թքից, ֆերմենտներից ու սաղմնային բջջային բեկորներից, որոնք արտադրվում են հատուկ գեղձերում։
Այս պահին ֆիքսվել է շինարարության երեք ռեժիմ, սակայն կան հիմնավոր կասկածներ, որ արարածի ռեպերտուարը շատ ավելի մեծ է։
1. Պարազիտիկ միկրոկոկոն։ Լիտոկորիսը տարբեր իրավիճակներում կառուցում է տարբեր կենսաբանական գործիքներ, որոնց ծառայեցնում է իր նպատակներին։ Նման գործիք է պարազիտիկ միկրոկոկոնը։ Լիտոկորիսն ընտրում է զոհի մարմնի որևիցե հատված, մաքրում այն ֆերմենտով ու մի քանի րոպեում մաշկի մակերևույթին տպում բրնձի հատիկի չափերի կենդանի կոկոն։ Սա պրիմիտիվ արարած է, տզրուկի ու ֆերմենտների պարկի միջև մի բան։ Այն կառչում է զոհին, դանդաղ խմում արյունը, վերածում այն թանձր, սննդարար զանգվածի` կուտակելով իր մեջ մինչև հասունանալը։ Հասունացման ժամանակ կոկոնը փոխում է երանգը, շինարարը վերադառնում է ու ուտում թե կոկոնը, թե կուտակվածը։ Յուրահատուկ կոնսերվացված սնունդ։
2. Պաշտպանական մինի բարիերներ, որոնք նկատվել են բույսերի վրա։ Արարածը տերևի եզրով տպում է կենսաթաղանթ-ցանկապատ, որը կարող է բաղկացած լինել կիսաթափանցիկ ատամներից, կամ մաշկանման արտազատող համակարգից, որը արտադրում է թունավոր ֆերմենտներ կամ խոտակերներին վախեցնող հոտ։
Ենթադրաբար սա սիմբիոզ է։ Բույսը տպված օրգանիզմին տալիս է միկրոշաքարներ, իսկ Լիտոկորիսը ի պատասխան ամրացնում է տերևները, կարծես վերանորոգում է քաղաքային դարպասները։
3. Մեկօրյա «ազդանշանային փարոսներ»։ Խոնավ հողի վրա կամ ծառերի բներին Լիտոկորիսը տպում է փոքրիկ բիոլյումինսցենտ սնկանման օրգանիզմներ, որոնց բարձրությունը առավելագույնը մեկ-մեկ ու կես սանտիմետր է։ Մեկ օր անց դրանք մահանում են` հասցնելով այդ ընթացքում կամ լուսային ազդանշան ուղարկել մյուս շինարարներին, կամ գրավել զուգընկերների, կամ նշել որսի համար հարմար վայրերը, կամ բոլորը միասին։
Լիտոկորիսը որսորդ չի սովորական իմաստով։ Այն սեփական արտադրության մակաբույծների այգեպան է, կենսաինժեներ։ Նրանք իրենք չեն խայթում, բայց ստեղծում են իրենց փոխարեն խայթող կենդանի գործիք։ Սա բարդ ու միաժամանակ վախեցնող համակարգ է, ու, ենթադրում եմ, խորքերում կլինեն էլ ավելի կատարելագործված տարբերակներ։
Ձայնագրություն №3. Բուգոնիա տրանսմուտանս
Երբեք չէի պատկերացնի, որ «բուգոնիայի» մասին հնագույն միֆը կարող է իրականում կյանքի կոչվել, սակայն այստեղ` Իլումարայում հնարավոր է ամեն ինչ։ Ստորև ներկայացնում եմ մի դրվագ 10-րդ դարի գյուղատնտեսական հանրագիտարանից.
«Կառուցեք տասը կանգուն բարձրությամբ տուն, բոլոր կողմերից հավասար չափերի, միակ դռնով և չորս պատուհանով՝ մեկական յուրաքանչյուր կողմում․ տան մեջ տեղավորեք երեսուն ամսական, գիրուկ ու մսոտ ցլիկ։ Թող երիտասարդների խումբը մահակներով նրան սպանի, այնպես, որ միսն ու ոսկորները ջախջախվեն, բայց զգույշ, որ արյուն չթափվի։ Խեժի մեջ թաթախված մաքուր ու նուրբ կտորով փակեք կենդանու բոլոր խոռոչները՝ բերանը, աչքերը, քիթը և այլն։ Մի չափաբաժին ուրց ցանեք ընկած կենդանու տակ, ապա փակեք պատուհաններն ու դուռը, պատեք դրանք կավի հաստ շերտով, որպեսզի օդը կամ քամին ներս չթափանցեն։ Երեք շաբաթ անց բացեք պատուհանները, թող լույսն ու մաքուր օդը թափանցեն՝ բացի այն կողմից, որտեղից քամին ամենաուժեղն է փչում։ Տասնմեկ օր անց դուք տունը կգտնեք մեղուներով լցված, իսկ ցլիկի մարմնից ոչինչ չի մնա՝ բացի եղջյուրներից, ոսկորներից ու մազերից»։
Մեր քննարկած կենդանին բացարձակ նման չի ցլիկի։ Սա խոշոր խոտակերներ է, մոտավորապես երեք մետր բարձրությամբ ու մոտ յոթ մետր երկարությամբ։ Հանգիստ, դանդաղ, այն լուսարձակում է եղջրային պատյանների ուրվագծով թեթև կապույտ գույնով։ Սնվում է խոնավ քարաքոսով ու արմատապտուղներով։
Բայց գլխավորը նրա մահն է։ Մահը ոչ թե ավարտում է կյանքը, այլ բառացի ճյուղավորում այն։ Երբ բուգոնիան մահանում է, օրգանիզմը ոչ թե փտում է, այլ վերադասավորվում։ Ինձ ցնցում է այն, որքան ճշգրիտ ծրագրավորված է այս պրոցեսը, կարծես մարմինը հետևի իր իսկ առաջին կենդանի ֆազայից թաքնված մեկ այլ սցենարի։
Առաջին երկու օրվա ընթացքում լեշում ակտիվանում է քնած միկրոբային ցանցը, որը կապված է հողի հետ։ Այս մանրէները անցում են կատարում իրենց ակտիվ ֆազային` գործարկելով վերափոխման կասկադը. ֆերմենտները ընդհանուր ստրուկտուրայից անջատում են հյուսվածքների մի մասը` պահպանելով դրանք առանձին-առանձին։
Որոշ օրգաններ դեֆորմացվում են ու բաժանվում փոքր սեգմենտների` կենսաբլոկերի, որոնք հետագայում պետք է վերածվեն լիարժեք օրգանիզմների։ Ո՞ր օրգաններն են մասնակցում պրոցեսին։ Հիմնականը երեքն են.
1. Հեմոպայուսակներ։ Բուգոնիայի մոտ արյունը պահպանվում է ոչ միայն անոթներում, այլև ողնաշարի երկայնքով տեղակայված ռեզերվային պարկերում։ Մահվանից հետո արյան բջիջները տրոհվում են ու մոլեկուլային վերադասավորումների արդյունքում ձևավորում նոր տիպի բջիջներ. սնվելով արյան մեջ առկա այլ մոլեկուլներով` դրանք արագ կիսվում են` առաջացնելով խոշոր բզեզի չափ օրգանիզմներ։
Դրանք, իրենց հերթին, մետամորֆոզի արդյունքում վերածվում են գեմոֆորների` միջատանման արարածների, որոնք սնվում են արյան մնացորդներով ու պաշտպանում մարմինը լեշակերներից։ Ինչո՞ւ։ Կարծես հաջորդ կենդանի օրգանիզմների առաջացումը ապահովելու համար։
2. Մարսողական գեղձեր. Որոշ գեղձեր վերածվում են պինդ պատիճների, որոնցից դուրս են գալիս փոքրիկ «հոտավետ» արարածներ` ֆերմոտկաներ։ Դրանք կտրուկ հոտ են տարածում, որը վանում է խոտակերներին ու գրավում կոնկրետ գիշատիչների, որոնք անհրաժեշտ են ցիկլը ավարտելու համար։
3. Ճյուղավորված ավշային հանգույցներ. այս հանգույցները ձևավորում են առանձին «գնդիկներ»` լիմոդներ, որոնք որոշ ժամանակ շարժվում են ինքնուրույն։ Դրանք նման են փոքրագույն հազարոտնուկների, սակայն նրանց խնդիրն այլ է. նրանք հավաքում են մահացած արարածից միկրոֆլորան` սպորներ, մանրէներ, սնկեր ու տեղափոխում դրանք լեշից հնարավորինս հեռու։ Ըստ էության, սրանք հետմահու «սերմնացաններ» են, որոնք ապահովում են մահացած կենդանուց բավարար հեռու հողի կենսաբանական հարստությունը. պտղաբերության էֆեկտը բուգոնիայի մահից մեկ ամիս հետո նկատելի է անգամ անզեն աչքով։
Բայց գլխավորը` ինչո՞ւ է սա ընդհանրապես էվոլյուցիայի ենթարկվել։ Իլումարա կղզին համակարգ է, որում բիոցենոզը ապրում է ռեսուրսների փակ ցիկլերի սկզբունքով։ Բուգոնիան խոշոր խոտակեր է, ու նրա մահը ստեղծում է հսկայական սննդային փաթեթ։ Որպեսզի այն առավելագույն օգտակար լինի էկոհամակարգի համար, բնությունը մշակել է հետմահու բաշխված տրոհում` լեշը վերածելով ծառայությունների խմբի. լեշի պաշտպանություն (գեմոֆորներ), գիշատիչների անհրաժեշտ տեսակների կայուն գրավում (ֆերմոտկաներ), միկրոբիոտայի հնարավորինս լայն տարածում (լիմոդներ)։
Բոլոր այս փոքր օրգանիզմները երկար չեն ապրում` երկու օրից մինչև մեկ շաբաթ։ Նրանց գոյությունը անցումային փուլ է, կենսաբանական կամուրջ մեծ մարմնի ու կղզու էկոհամակարգի միջև։ Բուգոնիան շարունակում է մասնակցել անտառի կյանքին անգամ վերջին շունչը փչելուց հետո։
Ձայնագրություն №4. Լամարկյան էվոլյուցիա
Եթե ինչ-որ մեկը գիտականորեն կոռեկտ ձևով բացատրի, ինչո՞ւ է Իլումարա կղզում կյանքը հետևում Ժան Բատիստ Լամարկի էվոլյուցիոն օրենքներին, ես անձամբ նրան մի լավ պատիվ կտամ։ Բայց ես ինքս ունեմ աշխատանքային հիպոթեզ։ Այն կոչվում է «Հողային կենսացանցը որպես օրգանիզմների արտաքին հիշողություն»։
Կղզու տակ, ահռելի սիլիկատա-անոբտանիումային զանգվածի ներսում տարածված է այն, ինչի մասին ես խոսել էի դեռ առաջին ձայնագրության ժամանակ. խորը, հսկայական, էլեկտրականորեն ակտիվ միկրոբային ցանց։ Սա ոչ միայն սննդային շղթայի հատակն է։ Այն ոչ միայն վերամշակում է սննդարար նյութերը։ Այն բառացի ձայնագրում է իր հետ փոխազդող օրգանիզմների ֆիզիոլոգիական վիճակներն ու ռեակցիաները։ Ցանցի հնարավոր վիճակների քանակն այնքան մեծ է, որ ամբողջ տեսանելի Տիեզերքում չկա այդքան մասնիկ։ Ցանցը ֆիքսում է ամեն ինչ. վիրավորումը, սթրեսը, ջրի պակասը, բորբոքումը, անգամ անսովոր սննդային նախասիրությունները։ Այն գործում է ինչպես կենսաբանական մատյան. օրգանիզմ → ցանց → փոփոխություններ ապագա սերունդների գենետիկական ռեգուլյացիայում։
Ադապտացիաները փոխանցվում են ազդանշանային ֆերմենտների միջոցով։ Օրգանիզմն ապրում է, զգում է միջավայրի ճնշումը (օրինակ, ջրի պակասը) ու աստիճանաբար ադապտացվում ջրի դեֆիցիտին` որոշակի ֆիզիոլոգիական փոփոխությունների շնորհիվ։ Նրա բջիջներն արտադրում են սպեցիֆիկ սթրեսային ֆերմենտներ։ Դրանք ներծծվում են հողի մեջ, հայտնվում միկրոբային ցանցում ու փոխվում այլ ֆորմատի։ Օրինակ, ցանցը սինթեզում է քիմիական «ինստրուկցիաների» հավաքածու, որոնք փոխանցվում են բույսերի սերմերին, միջատների թրթուրներին, կիսակենդանի փուլերին (ինչպիսիք առաջանում են, օրինակ, բուգոնիայի մոտ), ու անգամ հասուն օրգանիզմներին, որոնց փոխանակումը բավարար ճկուն է։ Փաստացի սա քիմիական լեզու է, որի միջոցով ձեռք բերված հատկանիշը վերածվում է ժառանգվող հատկանիշի, ընդ որում այն ժառանգում են ոչ միայն օրգանիզմի հնարավոր ժառանգները, այլև լրիվ այլ օրգանիզմներ։
Կղզին կարծես ահռելի օրգան լինի, որն ապահովում է միջավայրի ու տեսակների միջև հետադարձ կապը։ Ընդ որում, ցանցը պասիվ չի գործում։ Այն շտկում է տեսակի ռեակցիան` կախված ընդհանուր իրավիճակից։ Օրինակ, երկու սերունդ առաջ կղզու հարավային մասում բույսերը տառապում էին աղի մառախուղներից։ Մեկ տարի անց կենդանի օրգանիզմների զգալի մասի նոր սերունդը արդեն աճում էր աղակայուն սպիտակուցներով։
Հատկանշական է, որ էվոլյուցիան մնացած Պանդորայի վրա դարվինյան է. պատահական վարիացիաներ սերունդներում, ընտրություն, ժառանգում։ Իլումարայում հետադարձ կապի հանգույց է. արարածն ապրում է, միջավայրը ֆիքսում է նրա հետ տեղի ունեցող փոփոխությունները, հողային ցանցը վերլուծում է դրանք, փոփոխությունները փոխանցվում են նոր սերունդներին որպես պատրաստի կարգավորումներ։ Տեսակները այստեղ փոխվում են ոչ այնքան մուտացիաների, որքան միջավայրի ռեակցիաների շնորհիվ։ Այդ իսկ պատճառով դրանք տարօրինակ մասնագիտացված են, նեղ կարգավորված, սակայն դրա հետ մեկտեղ շատ արագ ադապտացվում են։
Ձայնագրություն №5. Երկրորդ կյանքի առաջացումը
Իլումարայում ամեն ինչ այնպիսի տեսք ունի, կարծես ինքը` մոլորակը, իրեն թույլ է տվել փոքրիկ անոմալիա։ Փաստերը համառորեն հուշում են, որ Պանդորայի վրա կյանքը առաջացել է առնվազն երկու անգամ։ Օբյեկտը, որը, ըստ հաշվարկների հարվածել է Պանդորային մոտ վեց միլիարդ տարի առաջ, հավանաբար արդեն կրում էր պարզագույն օրգանիզմներ, որոնք ունեին առանձնահատկություն. նրանք կյանքի ընթացքում պատճենում էին միմյանց մոլեկուլային փոփոխությունները։
Փաստացի, առաջին կյանքը Պանդորայի վրա զարգացել է լամարկյան էվոլյուցիայի սկզբունքներով, ապա` ձևավորվել է ինչ-որ միջանկյալ ճյուղ, որը կիսով չափ լամարկյան էր, կիսով չափ դարվինյան, որից էլ ճյուղավորվել է մոլորակի մնացած բիոսֆերան` արդեն դարվինյան էվոլյուցիայի սկզբունքով։ Ընդ որում, կապը ճյուղերի միջև պահպանվել է միջանկյալ ճյուղի միջոցով, ինչով բացատրվում են միմյանցից լրիվ առանձին գենետիկական կառուցվածքների միջև կոնվերգենտ երևույթները։ Հավանաբար, Իլումարայի կյանքը հարյուր միլիոնավոր տարիների ընթացքում կարողացել է ընդօրինակել մնացած մոլորակի կյանքի մոտ առաջացած օգտակար հատկանիշները։
Այս ամենը, բնականաբար, հիպոթեզներ են։ RDA-ի հատկացրած ֆինանսավորումը չնչին է լիարժեք հետազոտությունների ու գիտափորձերի, էլ չասած սիլիկատա-անոբտանիումային զանգվածի խորքերը մտնելու համար։ Պատճառը ֆինանսական շահի բացակայությունն է, այնպես որ Երկիրը շարունակում է կենտրոնանալ միայն նա'վիների ու նրանց հարստությունները թալանելու վրա։