Текст книги "Странности эволюции. Увлекательная биология"

Автор книги: Йорг Циттлау

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 10 страниц)

Вот так навозный жук! Обманщик с большим рогом

Без сомнения, жук является самой успешной моделью эволюции. Он существует более 280 миллионов лет, в течение которых появилось около 400 тысяч его видов. Никакой другой род из класса насекомых не может похвастаться таким многообразием. Только в одной неуютной для холоднокровных животных Центральной Европе имеется 8 тысяч видов жуков.

На первый взгляд, этот успех кажется удивительным. Жук неуклюж: если перевернуть его на спину, то зачастую ему очень непросто снова принять правильное положение. В полете он со своими жесткими надкрыльями и мягкими крылышками похож на гибрид старого моноплана с неподвижными крыльями и трескучего вертолета со слишком маленьким пропеллером. При движении по воздуху он не так элегантен, как стрекоза, не так проворен, как комнатная муха, и он совсем не такой выдержанный, как пчела. Поэтому некоторые виды жуков не летают совсем, ведь в обычной жизни это не дает им никаких преимуществ.

Семейство животных с таким большим количеством видов приобрело и различные странности. Так, например, бразильский гигантский жук-усач достигает длины в 17 сантиметров – представьте, что будет, если он появится в грядке с капустой! Этот жук и сам испытывает довольно большие трудности из-за своего огромного размера. Как и все насекомые, он обладает трахеями, которые в качестве примитивной системы трубок для транспортировки кислорода не так эффективны, как система кровоснабжения у птиц и млекопитающих. Следовательно, чем больше жук, тем больше у него проблем с насыщением организма кислородом. Поэтому гигантский жук-усач чрезвычайно медлителен и является легкой добычей для каждого, на кого не способен произвести впечатление своими размерами.

У такого же гигантского по размерам жука Голиафа из Центральной Африки проблема несколько иная. Его личинки достигают веса в 110 граммов – это бесценный источник белка для местного населения. Совершенно очевидно, что не всегда гигантские размеры защищают от врагов, а наоборот – только привлекают внимание некоторых неприятелей.

Жуки рода Onthophagusявляются еще одним ярким примером того, как эволюционные изменения могут одарить и преимуществами и недостатками. Этих животных также называют навозниками (или калоедами), что объясняется их любимым местом пребывания. Но не этот факт произвел сильное впечатление на Чарльза Дарвина, а их рога. Да, у этих толстых жужжащих жуков имеются настоящие рога, которые могут варьироваться в зависимости от рода и вида жуков. Рога прорастают то впереди на лбу, то на затылке, то на туловище, непосредственно около головы. Дарвин не смог объяснить это явление. Для него так и осталось загадкой, какие преимущества должно было дать различное положение рогов в ходе неотъемлемого от эволюции естественного отбора. Исследователь отложил проблему навозных жуков в долгий ящик.

А Дуглас Эмлен из университета Монтаны зацепился за этот любопытный факт. Полный список публикаций американского биолога вращается вокруг феномена рогов навозных жуков. Его вывод таков: различное расположение рогов связано с определенной атрофией на теле животных. Эволюция – это не концерт по заявкам, нельзя иметь все. У кого рога растут спереди на голове, у того меньше усики. Если рога расположены на затылке животного, тогда размер его глаз соответственно меньше. А у кого рога находятся на туловище, тот должен обходиться маленькими крыльями. «В общем, рога растут всегда рядом с тем органом, от которого данный вид жуков может отказаться с наименьшими для себя потерями», – объясняет Эмлен. Расположение рогов соответствует стилю жизни данного вида жуков. У кого рога расположены на затылке и, соответственно имеются маленькие глаза, тот в своей жизни может обходиться без глаз – он ориентируется в мире с помощью других органов чувств. В этом случае эволюция хорошо поработала: животные за свои рога платят отмиранием иных органов, но из-за этого им не приходится опасаться за свою жизнь.

Еще один феномен навозных жуков имеет такое же объяснение. Эмлен выяснил, что мужские особи калоедов с большими рогами имеют совсем небольшие яички. В общем, правило для всех навозных жуков одно: чем больше украшение, растущее на голове, тем меньше резервуар для семенных клеток. Это, конечно же, значительно ограничивает способность к размножению. Нечто подобное мы видим у некоторых мужских особей Homo sapiens, для которых дорогой элегантный спортивный автомобиль зачастую должен служить компенсацией за посредственный половой механизм.

Таким образом, для обманщиков навозных жуков с точки зрения стратегического размножения может быть только одна оценка: неудовлетворительно. Что же получается? Тот, кто с помощью больших рогов изгоняет конкурентов с поля боя и тем самым впечатляет женскую особь, оказывается потом несостоятельным в оплодотворении завоеванных объектов?! Так он вряд ли сможет успешно передавать свои гены. Но, возможно, это неплохо. Это дает нам надежду на то, что однажды на наших дорогах станет спокойно, потому что вымрут все водители спортивных автомобилей.

Горбатки поражают снова и снова

Для чего нужен ротор, который не умеет вращаться, и рога, когда нет угроз со стороны соперника? Похожие случаи – оперение, непригодное для полетов, и шляпа, не защищающая ни от солнца, ни от дождя. Все это, возможно, выглядит забавно, но смысла в этом нет никакого.

Однако есть группа насекомых из глубин южноамериканских тропических лесов, которая именно этот пункт сделала своей маркой – как будто насмешкой над прогрессом эволюции. Южноамериканские горбатки – это райские птицы среди насекомых в тропиках, где все и без того довольно пестро. Но они блещут не столько своими цветами, сколько произведением архитектуры в стиле барокко – шейным панцирем. «У природы должно было быть шутливое настроение, когда она создавала горбаток», – заметил американский энтомолог Джон Генри Комшток, который в конце XIX века одним из первых начал исследовать этих существ.

С точки зрения зоологии в горбатках нет ничего интересного. Они относятся к роду цикад, которые не способны обидеть ни какое другое животное. С помощью своего хоботка они без разрешения присасываются к волокнам растений, чтобы насладиться их сахарным соком. Такие действия могут быть и полезны, так как цикады часть сахара возвращают в виде медовой росы – к большой радости муравьев, которые поэтому занимаются разведением цикад.

Вообще принцип «колоть и сосать», кажется, нашел в эволюции достаточно широкое применение.

В мире существует свыше 40 тысяч видов цикад, они распространены на огромной территории: от просоленных лугов вокруг Балтийского моря до Тибетского высокогорья. Но самые экзотические из всех – это, несомненно, горбатки из южноамериканских джунглей. Странные формы их шейного панциря поражают своим многообразием: они напоминают рога и зубцы, акульи плавники и наросты в виде зенитных пушек и черепов, порой эти существа чем-то похожи на минотавров. Ученые очаянно пытались найти объяснение этим фантастическим образам. Чарльз Дарвин утверждал: «Природа не беспокоится о внешних проявлениях, разве только они служат данному виду для его дальнейшего существования». Священник и энтомолог Вилльям Кирби предполагал: «Экстраординарные формы цикад были созданы исключительно для того, чтобы отпугивать птиц». Но все же это верно не в полной мере.

Некоторые горбатки напоминают опасных ос, так что даже птицы их не тревожат. Иные виды благодаря своему панцирю становятся абсолютно невидимыми в гуще леса. Но остаются еще и другие, к которым это все не относится. Из-за своего внешнего вида и поведения они оказываются как раз на виду у всех. И, вероятно, своим выживанием они обязаны только тому факту, что птицы не верят своим глазам.

В Интернете можно найти большое количество фотографий горбаток. Им был посвящен целый номер журнала Geo(3/2006). Фотограф Патрик Ландманн собрал там настоящий парад экзотических экземпляров! Помимо цикад с наростами в виде вертолетов и рогов, можно увидеть рыб-клоунов с лапками или викингов с прической из коротких волос. У рода Ciadonataособи женского пола предстают в изящном загнутом панцире, похожем на банан, а особи мужского пола, напротив, выглядят как бесформенные бревна. Почему так происходит, ученые объяснить не могут. Ведь ни форма бревна, ни форма банана не подходят для маневренных полетов; а особи женского пола к тому же должны даже при умеренных порывах ветра ощущать качку.

Горбатки рода Enchenopaне только выглядят как неудавшиеся бабочки – в отличие от других цикадовых, они еще и немузыкальны. Во время брачных игр особи мужского пола барабанят своими животиками по веткам кустов, а особи женского пола барабанят им в ответ. К сожалению, это напоминает не южноамериканские ритмы, а скорее шум в газопроводе. Но этого достаточно, чтобы цикады договорились о свидании. Однако барабанные трели в кустах слышат и разбойники-птицы – звуки, издаваемые цикадами, напрямую ведут их к добыче.

Бешеные гонки: проект «железный человек» для древних ракообразных животных

Существуют виды, одни названия которых уже вызывают в памяти вполне четкую картинку, но при этом ничего конкретного мы о них не знаем. К ним относятся, прежде всего, раки или ракообразные. Эти виды не производят впечатления привилегированных, как, например, приматы, или бесформенных и нестабильных, как моллюски. Скорее, возникает образ чего-то одновременно весьма серьезного и жесткого – массивный бронированный рыцарь, прибывший к нам из давно минувшей эпохи. Факты из истории эволюции, кажется, подтверждают это впечатление. Эти ископаемые животные существуют более 500 миллионов лет! Без сомнения, они являются не пережитками давно прошедших времен, а успешной моделью эволюции, иначе в наши дни их бы уже вообще не было. Но тот, кто верит, что раки, шествуя сквозь время существования Земли, прежде всего придерживались правила «крепкая скорлупа – крепкое ядро», тот сильно ошибается. Раки выбрали ту дорогу, которая в процессе эволюции была для них лучшей, а именно разнообразие и способность к адаптации. Зоология знает сегодня около 40 тысяч видов раков, и они настолько разнообразны, что становится очень трудно объединить их в одной группе животных.

Собственно говоря, нет ничего такого, что могло бы поставить раков в затруднительное положение. Их легко найти в Антарктике и в южных теплых морях, в морской глубине и в полосе прибоя. Как у водных жителей у них есть жабры, но даже если вокруг сушь, рак не погибнет. Некоторые виды даже освободились от своего первоначального дома. Пальмовый вор утонул бы в воде, но он умеет колоть кокосовые орехи. А о том, что мокрицы предпочитают вылезать на берег, знает каждый, у кого есть подвал или кто хоть раз заглядывал под цветочный горшок на своем балконе.

Как даже в неблагоприятных условиях оказаться в выигрышном положении, знает краб под названием Xenograpsus testudinatus. Он живет в провинции Формоса, вблизи острова Куйсхан (на Тайване). Там очень некомфортные условия, так как многочисленные источники поднимают горячую и сернокислую воду с морского дна наверх. Жизнь как таковая там существовать не может, но, несмотря на это, сотни представителей вида Xenograpsus testudinatusрезвятся на морском дне. Секрет их выживания состоит в том, что из своих убежищ в скалах они появляются только тогда, когда приливно-отливное течение достигает точки своего поворота. Вода из источников в это короткое время поднимается строго вверх и убивает все, что попадается ей на пути. Тогда к ногам крабов падает целый ворох омертвевших рыб и планктона – гениальный ход, демонстрирующий, насколько тонкое чутье может быть у ракообразных животных.

Вероятно, это и породило их «неизменную гибкость», позволяющую ракам быть настолько эффективными в процессе эволюции. Так, красные крабы на острове Рождества вблизи Австралии ежегодно представляют доказательства своей выносливости. И вряд ли с ними может произойти что-то неожиданное.

В ноябре, когда начинается сезон дождей, ярко-красные ракообразные из своих пещер во внутренней части суши бегут к побережью. Это расстояние длиной в 8 километров для животного диаметром от 10 до 12 сантиметров, развивающего скорость приблизительно 350 метров в час, даже больше, чем марафонская дистанция. Медлить и останавливаться нельзя, так как срок прибытия к океану установлен четко: самки должны отложить свои яйца незадолго до новолуния, когда различие между приливом и отливом почти незаметно.

Первыми свои пещеры покидают самцы. Самки, живущие не так далеко на суше, присоединяются к ним позже. Но при этом они несут на себе примерно 100 тысяч яиц. «Это как если бы человек тащил на себе 5-килограммовый мешок картофеля», – объясняет физиолог Стив Моррис из университета Бристоля. Оптимальная форма марафонца для соревнования представляется несколько иной.

Организаторы спортивных марафонов могут только мечтать о такой численности участников – более 60 миллионов. Естественно, бронированная армия производит такой шум, который заставляет фауну острова на какой-то момент замереть. Конечно, это имеет значение не для всех обитателей острова. Уже упомянутый пальмовый вор, например, щелкает крабов еще лучше, чем кокосовые орехи. Однако бо́льшую опасность для крабов-бегунов представляет обезвоживание. Правда, у них имеется панцирь, но он пропускает воду, как кожа жабы. Также во время дыхания наши «марафонцы» теряют воду и жизненно важные минералы. Многие крабы-атлеты в пути высыхают и умирают, другие прячутся в тени, ожидая дождя, и таким образом упускают нужный момент прибытия к океану.

Но все же времена, когда каждый шестой ракообразный погибал под колесами автомобилей, проходят – теперь жители острова Рождества прекращают движение транспорта, когда начинается бег крабов. Но по прибытии к океану их поджидает еще немало опасностей. Самцам только на крутых утесах приходит на ум, что у них имеются бесчисленные конкуренты, которых нужно исключить. В дело идут последние силы. Представьте себе марафонца, который непосредственно перед финишем должен выдержать еще несколько боев. Когда, наконец, появляются самки, то многие женихи в прямом смысле этого слова уже спрыгнули с утеса. А оставшиеся в живых не всегда являются самыми сильными. Как установил Стив Моррис, некоторые из самцов в борьбе с соперником прибегают к актерскому мастерству: они притворяются проигравшими, чтобы сэкономить силы. Но когда появляются самки, эти самцы внезапно освобождают собранную энергию для спаривания, в то время как порядочные борцы остаются в запасных. С одной стороны, это выглядит очень умно, но с другой – это обман. В любом случае, с выживанием сильнейшего это не имеет ничего общего.

Сначала прибывающие самки гордо вышагивают в фаланге мимо строя ожидающих самцов. «Но по каким критериям, в конечном счете, они выбирают своего чемпиона, мы не знаем до сих пор», – говорит Моррис. Сильные самцы имеют не больше шансов, чем слабые.

После сношения самки отправляются на утесы, чтобы отложить свои яйца в море. Если на море шторм, то начинается дождь из яиц, а также из совершенно не пригодных для плавания самок. Бесчисленные крабы-мамы тонут в тех волнах, в которых так нуждается их подрастающее поколение. Причем его участь также не ясна: многие личинки уносятся водой или же попадают в желудок к рыбам.

Каждый из марафонов красных крабов несет очень большие, миллионные потери. Возникает вопрос: нет ли иного, менее одиозного и более надежного пути для производства потомства? Потребность в действии, конечно, сохраняется не так долго, пока из года в год миллионы крабов смогут отправляться в путь. То, что они еще так многочисленны, результат, скорее, не их стратегии размножения, а доступности их рациона, который преимущественно состоит из остатков растений и поэтому не переводится (как у дождевого червя), и скудного числа врагов. Пальмовый вор поедает крабов только изредка, а крысы с мыса Маклеар, которые с удовольствием питались красными крабами, в начале прошлого столетия вымерли из-за эпидемии. Иногда виду нужно просто немного везения, чтобы суметь выжить.

Однако в течение последующих лет такое везение могло бы закончиться и для красного краба, поскольку в 90-е годы прошедшего столетия из Африки на остров Рождества был завезен желтый «сумасшедший» муравей. Он распыляет яд, который выжигает глаза раков, – они слепнут и умирают с голоду. Этот муравей в течение последних лет сильно распространился на острове Рождества – у него, как когда-то и у красного краба, там практически нет врагов.

Рыбы: деградировавшие гении

Рыбы – это древние позвоночные животные, они существуют более 400 миллионов лет. В настоящее время известно примерно 30 тысяч видов рыб и каждый год открываются все новые. Кто пережил ледниковый период, извержения вулканов и падения метеоритов, кто видел, как приходили и уходили динозавры, тот может поучаствовать в разговоре о «выживании сильнейших».

Однако на людей это не производит никакого впечатления. Они считают рыб глухими идиотами. Никто больше не старается поштучно пересчитать бедняг, когда их огромными сетями вылавливают из моря, – подсчет ведется в тоннах. Если мы держим их в качестве «питомцев» в аквариумах, то со всей серьезностью воображаем, что двум дюжинам тропических рыб для жизни достаточно одного смехотворного кубического метра воды. И мы снова и снова думаем, что дельфины умеют обманывать акул. При этом игра между теми и другими уже многие миллионы лет идет вничью, иначе акулы давно бы вычеркнули дельфинов из своего рациона.

Рыбы – это нечто иное, чем просто глупое животное. «Они любопытны и исследуют новые объекты в своих окрестностях», – отмечает английский исследователь Джонатан Балкомб. К примеру, они очень любят прыгать над плывущими черепахами, а рыба-врач выдувает изо рта воздух, чтобы поиграть с уплывающими наверх пузырями. Акулы подслушивают эхолот дельфинов, а рыба-слон с удовольствием играет с улитками на своем хоботе. Но этот вид рыб и без того является особенным. Шведские исследователи установили, что рыба-слон половину вдыхаемого воздуха использует для работы мозга. Для сравнения: прочие позвоночные используют от 2 до 8 %, и даже человек – всего лишь 20 %. Это должно дать нам пищу для размышлений.

Карпозубые ищут себе подобных: что рыба делает в пне?

Ученые весьма удивлены. Команда американского эколога Скотта Тэйлора проезжала по мангровым болотам Белиза, когда один из участников экскурсии наступил на гнилой ствол дерева. Тот сломался, и все увидели в самом центре ствола… рыбу! Это животное длиной 7 сантиметров гневно посмотрело на удивленные человеческие лица и быстро, трепыхаясь, прыгая и извиваясь, исчезло в густом кустарнике. Оказывается, ученые потревожили представителя икромечущих карпозубых вида Rivulus marmoratusво время вылазки на сушу.

То, что рыбы иногда выходят на сушу, нам известно. Рыба-прыгун, например, тоже живет в мангровых болотах и известна тем, что часто лазит по деревьям. Конечно, с выпуклыми глазами и грудными плавниками, похожими на руки, она больше напоминает лягушку. Тем не менее у карпозубых все по-другому. Они выглядят как настоящие рыбы, и их мужские особи из-за своих восхитительных красок плавают в бассейнах многих аквариумистов.

Жить на суше карпозубые вряд ли смогли бы. Однако виду Rivulus marmoratusэто не мешает. Когда из мангровых областей во Флориде и Центральной Америке уходит вода, он переходит на сушу. Причем проделывает это не тогда, когда высыхают болота, а значительно раньше: когда карпозубые из-за снижающегося уровня воды начинают действовать друг другу на нервы. «Любой аквариумист, – сообщает Тэйлор, – скажет вам, что они не выносят друг друга и реагируют друг на друга очень агрессивно».

Мангровые карпозубые могут до 66 дней оставаться на суше. В гнилых деревьях они часто делят свою квартиру с муравьями и термитами и прямо-таки стоически выносят их суету. Они сооружают себе жилье в листве, в скорлупе кокосовых орехов, норках крабов и старых пивных банках. В отличие от двоякодышащих, которые, как известно, могут покидать воду и на более длительное время, у карпозубых на суше обмен веществ даже не снижается, и появляется исключительно хороший аппетит. Прежде всего, это касается муравьев, термитов, жуков и личинок, которые запросто приближаются к карпу, так как рыба, оказавшаяся на суше, не входит в число их злейших врагов.

Биологи смогли подтвердить, что мангровые карпозубые могут переносить не только длительные периоды засухи, но и соленую воду, сильную жару, повышенную кислотность и заметные загрязнения окружающей среды. Такая способность к выживанию, по крайней мере на первый взгляд, делает их одной из самых больших надежд эволюции – ведь, как известно, в наши дни окружающий мир становится все теплее и грязнее. С другой стороны, маленький карп во время своих вылазок на сушу едва ли имеет шанс найти себе сексуального партнера, так как для полового размножения ему необходима вода.

Мангровые карпозубые решили эту проблему: они стали гермафродитами – вместо того чтобы ждать подходящую самку или самца, они спариваются с тем, кто имеется в данный момент рядом. А если никого нет, то с процессом размножения справляются самостоятельно, производя своих клонов. В случае необходимости дело обходится даже без секса.

Однако бесполое размножение имеет множество слабых сторон. Такой вид размножения часто сопровождается неудачами, ведь отсутствует возможность исправить генетические ошибки посредством смешивания наследственного материала. Кроме того, нет возможности для развития нового. Новые генетические комбинации, возникающие при спаривании двух различных индивидуумов, отсутствуют. «Живые существа, которые только копируют себя, не изменяются», – объясняет зоолог Николас Михиельс из университета Тюбингена. – Самое большее, что они могут, это накапливать мутации». И как следствие – они не способны реагировать на изменения окружающей среды. Таким образом, карпозубые, к примеру, более восприимчивы к инфекциям, так как их иммунная система не может реагировать на постоянно изменяющиеся микроорганизмы в окружающей среде.

В итоге бесполое размножение происходит за счет приспособляемости к окружающей среде. Теперь эффективность мангровых карпозубых предстает в другом свете. Она ведет не к выживанию вида, а как раз наоборот: в то время как другие рыбы при угрожающей засухе просто плывут туда, где имеется достаточное количество воды, карпозубые прячутся в гнилых стволах или ржавых пивных банках и впитывают в себя яды, соли и кислоты – все, что угодно, только бы не покидать свою любимую мангровую родину. Лучше «приспособиться» к катастрофе, чем искать себе новый домашний очаг. Но ведь это скорее полное отсутствие гибкости, которое делает карпозубых успешными в искусстве выживания.

Имеет ли эта стратегия перспективы – вопрос очень спорный. Стоит ли повторять общеизвестное: вьючные ослы со своей безмерной способностью к страданиям, как правило, не делают историю, а просто становятся жертвами на полях ее битв. Не только из-за предрасположенности карпозубых к инфекциям существует угроза для их жизни – им остается все меньше пространства, так как в течение последних 20 лет протяженность мангровых болот сократилась на 25 %. Однако упорства этой рыбе не занимать – она, пожалуй, до самого конца будет сопротивляться принудительному выселению.