Чтение онлайн

Группа животных одного вида, проживающих вместе и обменивающихся генетическим материалом, то есть спаривающихся, называется популяцией. Понятия вид и популяция пересекаются, но как правило, вид состоит из нескольких популяций. Например, все проживающие на одном острове лисы составляют одну популяцию. В фокусе внимания эволюции находятся изменения, затрагивающие среднестатистического представителя популяции или вида. Если в Норвегии рождается один человек с очень длинными ногами, это вовсе не означает, что население Норвегии в целом хоть как-то изменилось. Чтобы говорить об эволюционном развитии, должно быть зафиксировано увеличение среднего роста населения. Изменение должно затронуть те гены, которые являются обычными и распространенными.

Существуют три основных способа изменения генов от поколения к поколению: рекомбинация, мутация и селекция. Рекомбинация происходит при спаривании двух организмов, в результате чего потомство получает комбинацию генов обоих родителей. Половина генов достается приплоду от матери, половина — от отца. Так происходит у всех животных, однако иногда случается, что у отпрыска, при объединении свойств родителей, возникают совершенно новые качества, которыми предки не обладали. Такое, например, может произойти, если спариваются представители разных видов и у них рождается потомство. В Южной Америке обитает ядовитая гадюка Bothrops neumedi, яд которой состоит из смеси различных белков. Одни белки вызывают быстрое свертывание крови, другие запускают воспалительные процессы. У предков этой змеи яд был значительно проще по составу и воздействию, однако со временем при спаривании особей с разными свойствами ядов сформировался сложносоставной яд, вызывающий синяки, опухоли и даже смерть клетки у человека, а также способный убить небольшую мышь.

Мутация — это «программный сбой». При копировании генов иногда, по чистой случайности, выходят не совсем идентичные копии, так что генетический материал у потомства немного отличается от родительского. Большинство мутаций незначительны и незаметны для животного в целом, однако некоторые из них могут привести к опасной патологии и даже летальному исходу. Особи с серьезными мутациями зачастую погибают задолго до того, как мать осознает, что беременна. Однако крайне редко, опять же абсолютно случайно, мутация может сыграть в пользу особи. Вдруг появляется ген, наделяющий отпрыска позитивными признаками, которых не наблюдалось у родителей. У этой особи появляются более высокие шансы на выживание, а значит, мутация с большой долей вероятности передастся следующему поколению. С течением времени такие полезные мутации распространяются, в итоге меняя признаки, присущие всей популяции.

Березовая пяденица, маленькая бабочка, оказалась в выигрыше именно благодаря удачной мутации. В конце XVIII века индустриальная революция в Англии ощутимо сказалась на экологической обстановке. В некогда чистом и свежем воздухе витала взвесь пыли и грязи, а линия горизонта едва читалась сквозь охристый туман. Белые стволы деревьев почернели. Для пядениц это стало настоящей бедой. Прежде на белых крыльях пядениц были черные пятнышки, такая окраска позволяла им сливаться с белой корой берез во время сна. Но теперь этот камуфляж не мог скрыть их от голодных птиц. Множество беззащитных бабочек погибло, однако в начале XIX века произошло кое-что необычное: на свет появилась черная березовая пяденица [3] . Своим обликом они были обязаны ошибке: целый отрезок цепочки ДНК оказался не на своем месте, так что в геноме закрепился код, отвечающий за несколько иные белки. Как следствие, изменилась выработка пигмента на крыльях. Черная пяденица вышла победителем, дала многочисленное потомство, и измененный геном распространился по популяции березовых пядениц Англии. Впервые черная березовая пяденица была зарегистрирована в 1848 году в Манчестере, а к концу XIX века почти все березовые пяденицы в этом городе стали черными.

Еще один способ изменения наследственного материала отдельно взятого вида называется селекцией. По наследству передаются все гены, но каждый потомок получит не все гены родителя, а только часть их. В отличие от мутации, при которой может появляться абсолютно новый генетический материал, селекция подразумевает воздействие на существующий геном. У каждого вида имеется масса непохожих генов. Если приглядеться к воробьям в городском парке, можно заметить, что все они чем-то отличаются друг от друга: у одного перья темные, у другого светлые, у одного крылья покороче, у другого подлиннее. В основе некоторых из этих вариаций лежат условия взросления (птицы, которые сытнее питаются, вырастают крупнее), однако значимо и то, что у разных особей геном состоит из разных генов. Если какие-то из генов чаще других репродуцируются у последующих поколений, со временем меняется и вид в целом. Именно это и произошло в случае с березовыми пяденицами.

В английской популяции березовых пядениц на момент 1900 года существовало несколько разных генов, отвечающих за окраску. Большая часть бабочек была черной, однако по-прежнему появлялись на свет и белые особи. В течение XIX века экологическая обстановка продолжала меняться: в Англии были введены жесткие нормы выбросов вредных веществ, что привело к постепенному очищению воздуха и восстановлению прежней экологии. Деревья вновь стали светлыми, и преимущество оказалось на стороне белых березовых пядениц. Птицы уже не могли с прежней легкостью находить белых бабочек, ранее проигрывавших своим черным сородичам. В период с 1959 по 1984 год доля белых особей в английском городе Вест-Кирби увеличилась с 6 до 30 % от всей местной популяции, а в 2003 году почти по всей стране 90 % пядениц были белыми и только 10 % черными. Таким образом, после первого появления мутации популяция в целом тяготела то к белой вариации, то к черной, то снова к белой, — в зависимости от того, какая окраска оказывалась наиболее пригодной для жизни в окружающей среде. Помимо генетических изменений, на поведение может также влиять обучение и опыт. Но выработанные в ходе обучения качества вовсе не обязательно передаются по наследству, а значит, они не становятся частью эволюционного процесса так, как генетически детерминированное поведение. В конце книги мы вернемся к вопросу обучения (а также эволюции способности к обучению), и я расскажу о том, как животные приспосабливаются к быстрым изменениям окружающей среды.

Нам всем хорошо известно, что у любого выбора и образа жизни есть как преимущества, так и недостатки. Мало кому из нас доводится принимать решения, имеющие исключительно положительные последствия. Высокооплачиваемая работа оборачивается для нас высоким уровнем ответственности и стресса, а собственный дом за городом — длинной дорогой до ближайшего кинотеатра. В мире животных дела обстоят точно так же. Чтобы обороняться от хищников, превосходящих в размере их самих, жабовидным ящерицам приходится применять защитный механизм, который впоследствии заставляет их страдать от кровоточащих ран. Чтобы найти пищу в скупых водах подземных пещер, мексиканские пещерные рыбы вынуждены жить в режиме строгой экономии, отказавшись от всех лишних способностей, включая зрение. Для лемуров главное — спастись от хищников, так что они просто обязаны поддерживать спортивную форму. Березовым пяденицам выгодно быть белыми, если воздух чист, и черными, если он сильно загрязнен. Любая среда предъявляет собственные требования к своим обитателям, а значит, животные приспосабливаются к жизни очень по-разному.

Глава 2

Необыкновенные пищевые привычки

Станет ли то или иное поведение удачным, а его носитель хорошо приспособленным, зависит не только от самой среды обитания, но и от действий других особей. В природе идет беспрестанная борьба за ресурсы, и каждый пытается найти уникальный способ их освоения без необходимости делиться добычей с другими. Именно поэтому в мире существуют миллионы неповторимых стратегий выживания и, следовательно, миллионы уникальных видов.

В Северной Америке обитает необычная бабочка под названием данаида монарх. Ее ярко-оранжевые крылья с черными прожилками окантованы причудливым узором из белых точек на черном фоне. В августе некоторые из них мигрируют на север, в Канаду. Дело в том, что гусеницы бабочек монархов питаются листьями ваточника. Это растение содержит яд, который и поглощают гусеницы, и он сохраняется в их теле, когда они становятся бабочками. Яд не опасен для самих бабочек, а вот птицы не станут есть насекомых, полных горькой отравы. Ваточник обеспечивает данаидам защиту от хищников, однако цена этого узкоспециализированного образа жизни очень высока.

Осенью ваточник отмирает, и скатерть-самобранка сворачивается. Надвигается суровая канадская зима, а при заморозках бабочки монархи обречены на верную гибель. Чтобы выжить, они вынуждены мигрировать в теплые края. Сотни тысяч особей сбиваются в огромную стаю и преодолевают расстояние свыше четырех тысяч километров, пересекая США с севера на юг, пролетая над кукурузными полями, реками и автомобильными дорогами, пока наконец не находят подходящее место для зимовки в горах Мексики.

Там данаиды монархи живут всю зиму. Чтобы не замерзнуть, они скучиваются на деревьях, и порой в этом волшебном оранжевом лесу под весом тысяч ярких бабочек трещат ветви. Так монархи существуют вплоть до самой весны, с приходом которой они снова мигрируют на север. Тем же самым особям, которые еще недавно вернулись на юг, вновь предстоит долгий путь. Они летят примерно до Техаса, где останавливаются, чтобы отложить яйца на молодые побеги ваточника. Им уже не суждено продолжить путь: здесь все взрослые бабочки умирают.

Вылупляется новое поколение; оно питается ваточником, растет и затем отправляется в путь. Бабочки летят на север, следуя за весенним цветением ваточника. Через несколько тысяч километров они приземляются и откладывают яйца. Теперь приходит и их черед умирать, хотя они прожили от силы месяц-два. Тем временем их потомство набирается сил и летит дальше. Это повторяется три-четыре раза, так что добравшиеся до пункта назначения особи приходятся правнуками тем, кто зимовал в Мексике. Последнее поколение вылупляется уже в Канаде, гусеницы наедаются листьями ваточника и, превратившись в бабочек, спасаясь от наступающей зимы, отправляются обратно на юг, подгоняемые попутными ветрами.