Волшебная эволюция: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

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.

Глава 15

Быстрая эволюция

Слово «эволюция» зачастую наводит нас на мысли о древних окаменелостях, динозаврах, развитии мира на протяжении миллионов лет. И это вполне оправданно, ведь тот или иной признак, как правило, несет лишь незначительное преимущество или недостаток для особи, а для того, чтобы влияние какой-либо характеристики испытала на себе целая популяция, может потребоваться не одна тысяча поколений. Но когда преимущество или недостаток становятся достаточно ощутимыми, изменения могут происходить очень быстро. Например, чрезвычайные ситуации, ведущие к гибели значительной части популяции в короткие сроки, играют роль своего рода фильтра: останутся только те, у кого есть необходимые для выживания качества. Если речь идет о наследуемых качествах, то уже в следующем поколении большее количество особей в популяции будут ими обладать. При таком раскладе эволюционное развитие происходит быстро. Это можно наблюдать и в наше время: вспомните, например, адаптацию березовых пядениц к почерневшим деревьям.

Вряд ли найдется много желающих отправиться на тропический остров в ураган. Однако именно это сделали Колин Донихью и его исследовательская команда в сентябре 2017 года. Ураган «Ирма» набирал силу неподалеку от карибского острова Пайн-Кей, где команда Донихью изучала анолисовых ящериц. Туристы устремились в аэропорт в надежде покинуть остров до прихода циклона. Заторопились и ученые, ведь тропические ураганы нередко несут с собой смертельную опасность. Но для начала команде предстояло завершить измерение ящериц.

Небольшие и изящные, внешне анолисы напоминают саламандр или гекконов. Они широко распространены в Южной и Центральной Америке, а также на островах Карибского бассейна. Это излюбленный объект работы исследователей, поскольку существует масса родственных видов анолисовых, обладающих разными наборами признаков. Команда Донихью прибыла на остров Пайн-Кей в связи с проектом, посвященным влиянию крыс на местную фауну. Ученым удалось провести замеры длины тела и ногу анолисов, после чего они, как и отдыхающие, заторопились на самолет.