Текст книги "Волшебная эволюция"

Автор книги: Ханна Нюборг Стестад

сообщить о нарушении

Текущая страница: 8 (всего у книги 12 страниц)

Глава 13
Сотрудничество

«Я только что получил от мистера Бейтмана целую коробку цветов, среди которых – потрясающая Angraecum sesquipedalia [sic], с нектарником длиною в целый фут. Господи, что же за насекомое способно добыть из него нектар?»

Двадцать шестое января 1862 года. В Даун-хаус, дом Чарльза Дарвина в предместье Лондона, доставили корзину цветов. Отправитель – известный ботаник и специалист по орхидеям Джеймс Бейтман. В корзине лежит восхитительная мадагаскарская орхидея Angraecum sesquipedale – ангрекум полуторафутовый, также известный как звезда Дарвина и рождественская орхидея. Дарвин очарован не только красотой цветка, но и тайной, окутывающей это растение, ведь с эволюционной точки зрения он – настоящая загадка.

Орхидеи опыляют насекомые, в том числе дневные и ночные бабочки. Они запускают свой хоботок внутрь цветка и высасывают нектар. Когда насекомое опускается на цветок, на него попадают поллинии, липкие комочки пыльцы, которые оно переносит на следующий цветок, тем самым опыляя его пыльцой с предыдущего растения. Орхидеи размножаются половым способом, то есть за счет опыления будущие побеги получают комбинацию генов от двух цветков-родителей.

Производство нектара требует больших затрат энергии, и орхидеи не желают раздавать его направо и налево. Они приглашают «к столу» лишь тех, кто намерен дальше отправиться на орхидею этого же вида, ведь в таком случае пыльца попадет к потенциальному партнеру. Чтобы привлечь своего особого опылителя, у цветов имеются нектарники – медовые железки, выделяющие сахаристый сок, – а насекомые должны, в свою очередь, иметь специальные приспособления, чтобы добывать нектар именно из этого вида орхидеи. Так в ходе эволюции между отдельными видами растений и насекомых-опылителей развивается симбиоз.

Дарвин замерил шпорец-нектарник у рождественской орхидеи: двадцать девять сантиметров и два миллиметра. Это означает, что нектар находится на дне практически тридцатисантиметровой тонкой трубочки. Для орхидеи не было бы ни малейшего смысла тратить энергию на производство нектара, если бы рядом не обитало насекомое с достаточно длинным хоботком, чтобы добраться до дна. Дарвину не было известно ни об одном подобном насекомом, но он заключил, что оно существует. Он разослал своим коллегам и друзьям письма, в которых рассказывал, что «на Мадагаскаре произрастает Angraecum sesquipedale, которая, должно быть, зависит от некой гигантской ночной бабочки».

Спустя примерно двадцать лет после смерти Дарвина на Мадагаскаре был открыт подвид бражника с невероятно длинным хоботком. Бабочка получила название Xanthopan morganii praedicta, что дословно переводится как «предсказанная ночная бабочка», а в 1992 году, то есть по прошествии более чем ста тридцати лет после предсказания Дарвина, было наконец задокументировано, как эта бабочка пьет нектар из цветка рождественской орхидеи.

Дарвин действительно опережал свое время. Однако эта история подтверждает и тот факт, что при наличии симбиоза между двумя видами анатомию и поведение одной стороны можно описать, глядя на другую. В природе существует множество взаимозависимых видов, которые находятся в тесном сотрудничестве. Такое взаимополезное сожительство называется мутуализмом. Подобно крестьянам и ремесленникам, которые обмениваются товарами и услугами на рынке, каждая из сторон делится тем, что у нее имеется в избытке, получая в ответ то, что сама произвести не может. В обмене участвуют такие «товары», как калории и определенные питательные вещества, и такие «услуги», как транспортировка и защита. Ночной бабочке нужна пища, и ей совсем не сложно прихватить с собой немного пыльцы до следующего цветка. Цветку же необходимо распространить свою пыльцу, ради чего он готов произвести столько нектара, сколько потребуется для осуществления бартера.

Чем лучше цветку удается подстроиться под своих партнеров, тем эффективнее происходит опыление. Цветы, специализирующиеся на дневных бабочках, зачастую привлекают их яркой окраской, тогда как цветы, опыляемые ночными бабочками, отличаются сильным запахом. Со временем виды начинают развиваться параллельно, но их объединяет не гонка вооружений, а сотрудничество.

Разумеется, для каждой из сторон выгоднее было бы получать ресурсы без необходимости отдавать что-то взамен. Безнектарный цветок, внешне похожий на другие нектароносные виды, получает «услугу» без оплаты: прилетевшее на внешнюю приманку насекомое садится на цветок, и прежде чем оно успевает разоблачить обман, поллинии уже прилипли к его телу. Однако это не самая эффективная стратегия. Если бы цветы-притворщики получали столько же внимания от опылителей, как и «честные» цветы, со временем все цветы превратились бы в обманщиков, и вскоре насекомые потеряли бы к ним интерес. Именно поэтому подавляющее большинство цветов все-таки производят нектар, а немногочисленные хитрецы пользуются тем, что насекомые привыкли ими лакомиться. Если притворщиков становится слишком много, производство нектара «вырастет в цене», – таким образом природа поддерживает баланс. В некоторых случаях взаимополезное сожительство может длиться очень долго, поскольку «доходы» и «расходы» так тесно переплетены, что получить одно без другого просто невозможно. Один из примеров такого взаимодействия можно найти на морском дне.

Раки-отшельники – это раки, которые за неимением твердого панциря на брюшке вынуждены искать себе другой защитный «костюм». Обычно они находят укрытие в пустых раковинах моллюсков. В отличие от остальных анемоновых раков, род «одеяльных» рак-отшельник в качестве домика использует морские анемоны, или актинии. Актинии внешне напоминают растения, но на самом деле это животные, причем хищные: на щупальцах у них расположены стрекательные клетки, с помощью которых они захватывают проплывающую мимо морскую живность. Как правило, актинии закрепляются на подводных скалах и камнях, где они пассивно ждут добычу. Но некоторые виды актиний сотрудничают с раками-отшельниками, которые водружают их себе на спину в качестве защитного коврика.

Актиния получает бесплатный транспорт, что позволяет ей охотиться на разные виды морской живности, а также поглощает объедки, оставшиеся после трапезы рака. Рак-отшельник, в свою очередь, находится под защитой стрекательных клеток актинии. К тому же актиния растет вместе с раком, и ему не приходится в ходе роста менять домик на более просторный, как поступает большинство раков-отшельников. У других видов раков-отшельников имеются специальные пилочки или крючочки, которыми они чистят свои раковины, но анемоновый рак-отшельник со временем утратил «пилы», и теперь на четвертой паре его ног находятся клешни – ими удобно поправлять сидящую сверху актинию. Если рядом появляются особо опасные хищники, можно полностью спрятаться под защитным ковриком.

В случае мутуализма между этими двумя видами сложно разделить издержки и пользу для каждой стороны. Рак не мог бы претендовать на заступничество со стороны актинии, не стань он возить ее на себе, а актиния не могла бы рассчитывать на транспортировку и остатки пищи, не предоставляя своему извозчику «охранных услуг». Вариантов схитрить в этой игре практически не остается ни для отдельно взятой особи, которая могла бы изменить собственное поведение в подходящий момент, ни для вида как такового, который мог бы развить у себя те или иные физиологические приспособления. Для обеих сторон гораздо выгоднее поддерживать партнерские отношения, поэтому мутуализм сохраняется из поколения в поколение. Ранее считалось, что такое тесное сотрудничество с актиниями свойственно одному уникальному виду, однако в 2018-м было описано целых пять новых видов «одеяльных» раков-отшельников (пагуропсис).

Раки-отшельники – не единственные ракообразные, которые используют морских анемонов в качестве защиты, предоставляя им в ответ доступ к пище. Анемоновый краб, также известный под говорящим именем краба-боксера, держит в каждой из своих клешней (они похожи на маленькие пинцеты) по небольшой актинии.

Стрекательные клетки актиний служат настоящим оружием, они убивают проплывающую мимо морскую живность – добыча достается и актинии, и крабу. Ученые убедились: если отобрать у краба одну из «боксерских перчаток», он разрывает клешнями оставшуюся актинию надвое, пересаживает одну из половинок на вторую клешню, и спустя некоторое время актинии-клоны вырастают до прежних размеров. Что интересно, крабы поступают точно так же, если другие крабы отбирают у них одну из актиний. Как утверждает National Geographic, этот анемоновый краб – единственный известный вид, способный содействовать клонированию другого вида.

Для сохранения мутуализма порой приходится применять дисциплинарные меры. Если невыполнение обязательств имеет негативные последствия, обе стороны с большей вероятностью будут поддерживать необходимый баланс.

Рыбы-чистильщики – небольшие рыбы, поедающие паразитов с других, как правило более крупных, рыб. Чистильщик получает пропитание, а «клиент» избавляется от паразитов. В Норвегии рыб-чистильщиков используют в сфере аквакультуры, а именно в разведении лососевых рыб: такой вид, как радужный губан, поедает лососевую вошь. На самом деле паразитам чистильщики предпочитают слизь, покрывающую тело большой рыбы, но последняя вовсе не желает, чтобы ее защитную слизь ели. Если чистильщик пробует обмануть «клиента», баланс нарушается, и мутуализм превращается в паразитизм. Однако недобросовестный чистильщик тут же бывает наказан – «клиент» отказывается от его услуг и исчезает.

Внутри сообщества рыб-чистильщиков также существует собственная система штрафов. Зачастую чистильщики работают в паре, чтобы предложить «заказчику» более качественное «обслуживание». Поэтому если кто-то из напарников вдруг вместо паразитов позарится на слизь, это грозит потерей «клиента» для обоих. В ходе одного исследования в 2010 году было замечено, что самцы чистильщиков наказывают нерадивых самок, взявшихся поедать слизь (обратного не происходит, поскольку самцы намного крупнее). После такой атаки самки становятся сговорчивее и уже не пытаются хитрить. Самцы выступают в роли «полиции», наказывая непокладистых самок, благодаря чему мутуализм сохраняется.

Мутуализм бывает настолько выгодным для сторон, что оба вида начинают резко прибавлять в численности и тем самым подавлять остальных членов местного сообщества. Муравьи-листорезы успешно сотрудничают со своей грибницей, однако они «сколотили» крепкое хозяйство не только благодаря грибам. Многие муравьи по всему миру, в том числе в Норвегии, держат «молочных коров».

На самом деле «коровы» – это тли, крошечные насекомые, питающиеся растительным соком листьев. Они переваривают полученные из листьев питательные вещества и выделяют излишек углеводов в виде сладкой жидкости под названием падь. Муравьи так любят эту сладость, что даже поглаживают тлю своими усиками, чтобы те давали больше «молока». Взамен тля получает надежную защиту от таких хищников, как божьи коровки.

Это сотрудничество настолько выгодно обоим, что муравьи и тли способны заполонять целые деревья, вытесняя других насекомых. Исследователи в Аризоне изучили деревья, на которых присутствовали и отсутствовали колонии муравьев и тли. Они заметили, что на заселенных муравьями и тлей деревьях проживает гораздо меньше членистоногих, чем на деревьях, до которых муравьи с тлей не добрались. А когда ученые собрали всю тлю с одного дерева, муравьи также покинули его, уступив место другим членистоногим.

Мутуализм способствует развитию экосистемы в целом. Когда партнерство приносит пользу, неудивительно, что животные готовы вкладывать в него свои силы на протяжении миллионов лет. Из поколения в поколение сотрудничающие виды приспосабливались друг к другу, пока не нашли наилучший способ сосуществования.

Часть IV
Стремительное изменение среды

Глава 14
Истребление

В ходе эволюции видов на протяжении миллионов лет формируется многозвенная пищевая цепочка. Как мы говорили ранее, виды приспосабливаются под образ жизни друг друга: учатся использовать уникальные ресурсы, вырабатывают защитные стратегии, выстраивают партнерские отношения. Любая экосистема – это сложная сеть, состоящая из хищных и травоядных животных, зависящих друг от друга, растений и прочих организмов, поэтому даже малейшее изменение у одного из видов может сказаться на состоянии целого ряда других. Точно так же для экосистемы может иметь последствия изменение температуры воздуха, количества осадков, минерального состава почвы и прочих физических и химических условий. В принципе, подобные вариации – естественная часть эволюционной истории, и со временем большинство видов так или иначе адаптируются к новым обстоятельствам.

Когда в экосистеме происходят резкие изменения за короткий отрезок времени, животным бывает сложно приспособиться к новым условиям вовремя. Если до того, как вид успевает адаптироваться, погибает большая часть особей, популяция становится слишком малочисленной, чтобы выжить, и вид вымирает. Но когда адаптация происходит быстро, этого удается избежать. Три последние главы нашей книги посвящены трем возможным сценариям развития событий в ответ на стремительное изменение окружающей среды, – это вымирание, быстрая эволюция генов и обучение.

В XVIII веке в Америке был широко распространен один вид птиц, который уже исчез с лица Земли. Миллиарды странствующих голубей – элегантных серых птиц с красноватой грудкой – пролетали огромными стаями над новой страной, над головами недавно прибывших европейцев. Религиозный моралист Коттон Мэзер, пользовавшийся значительным влиянием в колониальном Бостоне, писал, что небо над городом часами могло быть заполнено пролетающими мимо стаями, так много их было. Когда птицы устраивались на ночлег в кронах деревьев, ветви иной раз ломались под их весом. Такой многочисленной популяции требовалось много пищи, и в зависимости от ее наличия количество особей сильно менялось от года к году. Когда люди начали вырубать лес, чтобы освободить место под поля и застройки, птицам добывать пропитание стало сложнее. Однако удар по странствующим голубям нанесла вовсе не вырубка леса, а охота. Эти птицы пришлись очень по вкусу первопоселенцам.

Странствующие голуби обитали повсюду, они перемещались большими стаями, поэтому их легко было не только подстрелить, но и просто поймать или достать из гнезда, а их сытное мясо пришлось людям по вкусу. В XIX веке охота на странствующих голубей приобрела катастрофический размах. В одном отчете от 1878 года говорится о населенном пункте, где каждый день на протяжении пяти месяцев добывали по пятьдесят тысяч птиц. Численность странствующих голубей резко сократилась по всей стране, и в конце концов осталась единственная особь, самка по кличке Марта, которую содержали в зоопарке города Цинциннати в штате Огайо. Марта умерла в 1914 году.

Почему же странствующим голубям не удалось приспособиться к новым условиям? Одной из их отличительных особенностей было то, что они проживали огромными стаями. Эти сверхсоциальные птицы собирались в группы, чтобы защититься от хищников. Однако их стратегия не сработала, когда рядом появились вооруженные люди. Стаи оказались легкой мишенью, голубей стали ловить по многу особей за раз. В основе биологии странствующих голубей лежала именно стайность, и чтобы приспособиться под изменения среды, им пришлось бы в корне изменить свой образ жизни. В теории могла бы произойти та или иная спасительная мутация, и тогда странствующие голуби, по сути, превратились бы в совершенно новый вид птиц, однако подобные радикальные и при этом выигрышные мутации случаются крайне редко.

Виды с очень узкой специализацией в части ресурсов и жесткими требованиями к среде обитания и образу жизни более подвержены риску вымирания, чем остальные. Эти «специалисты» – настоящие «эксперты» в использовании своих специфичных ресурсов, однако за это они расплачиваются уязвимостью и неспособностью приноравливаться к сложностям и изменениям. В отличие от них «универсалы», которые могут жить где угодно и питаться чем угодно, куда более устойчивы к изменениям окружающей среды. Вороны, лисы, крысы и чайки гораздо лучше вооружены для встречи с непредсказуемыми людьми, чем, скажем, бабочки монархи или ужасные листолазы. С 1980 по 2018 год численность бабочек монархов в Калифорнии сократилась на 97 %. Ужасному листолазу присвоен статус вымирающего вида по классификации Международного союза охраны природы (IUCN). Вероятность того, что в дикой природе этот вид окончательно вымрет, крайне высока, однако его по-прежнему кое-где содержат в неволе. Климатические изменения, утрата естественных ареалов, охота, широкое применение пестицидов и прочих химикатов – все это в значительной мере угрожает этим и другим животным.

Виды, живущие в тесном взаимодействии с другими видами, находятся в зоне максимального риска. Муравьи-листорезы полностью зависимы от своего гриба, а гриб зависит от муравьев. Если одной из сторон грозит опасность, уязвимыми оказываются обе, поэтому изменения среды с большей вероятностью негативно скажутся на этом союзе. К счастью, несмотря на столь тесный мутуализм, муравьи-листорезы довольно живучи и успешно соседствуют с человеком – они запросто срезают листья с сельскохозяйственных культур. Однако им все-таки не место на какой-нибудь закатанной асфальтом парковке, и нам неизвестно, как климатические изменения скажутся на партнерстве муравьев и гриба. Например, если грибу-паразиту придется по нраву повышенная температура воздуха и он разрастется, муравьи, возможно, и не справятся с его натиском на их грибницу. Тогда и у муравьев-листорезов, и у их гриба возникнут серьезные проблемы.

У эволюционной биологии много общего с исторической наукой: те животные и люди, которых мы имеем возможность наблюдать сегодня, – победители, а проигравшие исчезли во мраке прошлого. Нам не суждено узнать ни о людях, погибших в средневековых войнах и не успевших перенести свою историю на бумагу, ни о видах животных, канувших в Лету по причине собственной нежизнеспособности. Конечно, нам удалось обнаружить окаменевшие останки некоторых давно вымерших видов, и благодаря этим бесценным находкам мы можем представить, какой путь развития прошли флора и фауна на нашей планете. И все же по сравнению со всем разнообразием некогда существовавших видов количество найденных окаменелостей довольно мало, поскольку для того, чтобы мертвое животное превратилось в окаменелость и сохранилось до наших дней, требуется целый комплекс факторов: во-первых, это животное не было кем-то съедено; во-вторых, оно было «похоронено» буквально сразу после смерти; в-третьих, наиболее благоприятным с точки зрения будущей сохранности местом смерти является место скопления осадочных пород. А еще хорошо бы, чтобы у животного имелся твердый панцирь или скелет.

Поскольку вероятность превращения в окаменелость так низка, до наших дней дошли в основном останки наиболее многочисленных видов, населявших Землю на протяжении миллионов лет. Если у того или иного вида вдруг появится новая особенность, которая будет отличать лишь несколько поколений, а затем безвозвратно исчезнет, мы, очевидно, никогда не узнаем о ней. Ныне живущие животные – это либо суперуспешные виды, которым удалось стабилизироваться за миллионы лет существования, либо «везунчики», волею случая получившие возможность жить в наше время. Питер и Розмари Грант зафиксировали на Галапагосских островах явление, которое можно расценивать и как зарождение нового вида, и как пример недолговечного вида, появляющегося и исчезающего подобно вспышке. Исследовательская пара в течение долгих лет работала на острове Дафна Майор, входящем в архипелаг Галапагос, где наблюдала за эволюцией трех видов вьюрков Дарвина. В 1981 году они заметили новую особь, отличающуюся от остальных птиц. Этот самец принадлежал к виду, который ранее не обитал на Дафне Майор, и судя по всему, он прилетел с другого острова, Эспаньола, преодолев свыше ста километров.

Довольно долго молодой самец жил холостяком, однако в конце концов нашел себе самку одного из местных видов. Так появились пять птенцов, которые отличались своеобразной трелью. Поскольку галапагосские вьюрки выбирают партнера по пению, эти новые особи через пару поколений образовали новую группу птиц – исследователи назвали ее The Big Bird lineage (династия больших птиц), которая продолжает вести себя как самостоятельный вид. Они отличаются своеобразным строением клюва и тональностью пения. Вновь прибывший на Дафну Майор биолог, которому ничего не известно о появлении этой группы, скорее всего, заключил бы, что на острове обитает четыре вида вьюрков Дарвина, а не три. Большинство ученых не готовы признать «больших птиц» самостоятельным видом, но допускают, что это может быть зарождением нового вида.

Мы видим, что два вида смешались, и появившиеся на свет гибриды образовали новый вид. Но это происходит при определенном везении: если гены составляют удачную комбинацию, то в некоторых случаях отпрыски могут выжить и даже дать собственное потомство. Но судя по всему, смешение видов происходит в природе чаще, чем мы думаем, и в случае вьюрков Дарвина на острове Дафна Майор действительно мог появиться новый вид.

Но этих птиц очень мало, и они уязвимы. Они все являются родственниками друг другу, значит, очень схожи генетически, и у них с меньшей долей вероятности имеются гены, способные противостоять изменениям окружающей среды или новым вирусам. Кроме того, велика вероятность, что тиражируются их вредоносные гены: если детеныш получает вредоносный ген от матери, но здоровый ген от отца, все может обойтись, однако если отец и мать генетически идентичны, риск получения двух вредоносных вариантов значительно возрастает, а это зачастую приводит к гибели. Несколько лет назад почти все «большие птицы» погибли, когда резко ухудшились погодные условия и начался голод, но к счастью, несколько особей выжили, так что на сегодняшний момент «династия больших птиц» по-прежнему здравствует.

Когда границы жизни настолько узкие, между выживанием и полным исчезновением – буквально один шаг, и все зависит от малейших случайностей. Такова судьба всех новых видов и новых признаков в период их развития. На практике почти всегда выходит так, что выживает недостаточно особей для сохранения того или иного признака. Еще реже вновь появившийся признак сохраняется достаточно долго, чтобы ее носители образовали самостоятельный вид. Причина кроется в том, что новый признак чаще всего оказывается либо неблагоприятным и приводит к повышению смертности, либо недостаточно полезным, а значит, на практике за короткий промежуток времени никакой разницы не проявляется. А может быть, просто не повезло, например начался шторм или все произошло в неподходящий момент. Только путем проб и ошибок новые мутации и комбинации генов способны привести к развитию стабильного, жизнеспособного вида. Очевидно, такие виды-вспышки, как «большие птицы» на Дафне Майор, неоднократно появлялись и исчезали на протяжении всей истории Земли. Просто нам об этом неизвестно.

В ближайшем будущем нам, вероятно, суждено стать свидетелями вымирания многих видов. Нестабильный климат и глобальное потепление неизбежно приводят ко все более частым погодным катаклизмам и экстремальным погодным условиям. В 2019 году в австралийском штате Виктория аномальная жара вызвала массовую гибель обитавших в регионе летучих мышей. Погибло свыше двух тысяч особей, что составляет примерно треть всей популяции. Остается надеяться, что выжившие летучие мыши научатся лучше справляться с жарой и передадут своим потомкам эту способность. Однако если подобные чрезвычайные ситуации будут происходить слишком часто и приводить к гибели слишком многих особей, вид может исчезнуть.

Если большая доля живущих на Земле видов исчезает, то можно говорить о массовом вымирании. Конечно, наша планета уже не раз сталкивалась с массовым вымиранием в результате природных катастроф, и утрата отдельных видов, которую мы наблюдаем сегодня, по своему масштабу не может сравниться с массовыми вымираниями. Разнообразие видов всякий раз восстанавливается, и новые виды приспосабливаются к новому климату, однако нужно понимать, что на восстановление уходят многие тысячи лет. Если по нашей вине начнется массовое вымирание животных, нашим потомкам придется существовать в обедневшем, нестабильном, безрадостном мире.

Какова же вероятность того, что видам удастся приспособиться, а не погибнуть? Согласно одному исследованию, проведенному в 2013 году, для того, чтобы животные справлялись с климатическими изменениями вплоть до 2100 года, эволюция должна идти в десять тысяч раз быстрее темпа, привычного для большинства видов. Кажется невероятным, что в ближайшие сто лет мы станем свидетелями стремительной адаптации, ранее никогда не виданной на Земле. Неужели животные и вправду способны адаптироваться к изменившейся среде за какие-то несколько десятков лет или всех их ждет неминуемая гибель, как странствующих голубей? В следующей главе мы убедимся, что эволюция может протекать гораздо быстрее, чем мы думаем, однако многие виды неизбежно проиграют битву с климатическими изменениями и антропогенным влиянием.