Биологические прогулки: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Да, подлинно таинственный инстинкт. Как бы мы с цифрами и книгами в руках ни объясняли, что по строению своего клюва наша острокрылая касатка не может оставаться у нас на зиму, но когда эта самая касатка, что с веселым писком реяла вчера в закатном зареве, сегодня вдруг исчезла, когда в синем небе, медленно клекоча, появляется знакомый треугольник, невольно душу наполняет трепет. Какие силы влекут этих птиц за тысячи верст, какая сила объясняет молодым птенцам, что надо напрягать все свои последние силы и лететь туда, где этот птенец, два-три месяца назад увидевший белый свет в родном болоте, никогда не бывал? Когда мы видим, как начинает метаться и биться у нас на дворе больной, хромой журавль, услыхав в небе клекот стаи, мы невольно испытываем глубокое потрясение души, ибо много еще в мире таких вещей, которые и не снятся нашим мудрецам и о которых через 100—200 лет ребенок будет читать в любимой потрепанной книжке... И будет там напечатано, как 100 лет назад ученые и неученые ломали себе голову и волновались, произнося слово «инстинкт», как строили гипотезы и накапливали материал и как камень за камнем этот материал складывался в здание Науки и как человеческая мысль шла вперед и выше...

В осенней природе есть многое другое, так или иначе похожее на перелеты птиц. Опадает листва у деревьев. Все это понятно и сто раз объяснялось в учебниках: осенью почва остывает, растение не может всасывать достаточное количество соков, а испарение воды листьями все-таки происходит... Я уже вижу, как вы со скучающим видом устремляете глаза в успокоенные осенние дали. Действительно, все это уже навязло в зубах, все уже достаточно известно... И нет более отвратительной манеры считать что-либо уже ясным и объясненным и поэтому потерявшим интерес. Нет более тяжкого преступления перед наукой, перед неукротимой человеческой мыслью, как вешать ярлык на привычное явление и равнодушно проходить мимо. Задачи природы тем и отличаются от задач человека, что они не имеют своего окончательного решения. И только по недомыслию можно сказать, глядя на листопад: что же тут удивительного, это вполне ясное приспособление растения к климату.

Осенний листопад — одно из тех явлений, на котором оттачивалась научная мысль и на котором, как знаки опавших листьев, запечатлелись этапы развития нашего представления о мире. Одним из первых представлений, вызванных листопадом, было представление об осеннем умирании природы, и мертвые осенние листья, холодно шуршащие под ногами, подарили человечеству немало бессмертных перлов поэзии. Покоренная этим непосредственным впечатлением умирания, еще неопытная наука поддакивала ему: листья умирают от холода, от неблагоприятных осенних условий.

Но наука не стоит на месте, не довольствуется первым впечатлением и начинает отыскивать детали там, где, казалось бы, и нечего отыскивать. Видали ли вы банный березовый веник? Обратили ли вы внимание на то, что он очень мало страдает при употреблении, когда им парятся? И хотя к раскрасневшемуся телу прилипает «банный лист», но много еще этого банного листа остается на венике.

А попробуйте тряхнуть березовую ветвь осенью,— с какой легкостью свалятся с нее поблекшие листья. Какой-нибудь ботаник впервые подметил это явление, сопоставил силу прикрепления к ветви просто мертвого листа и осеннего листа и понял, что наше непосредственное представление ошибочно, что дело, как всюду в природе, во сто крат сложнее и глубже. И, сделав это открытие, долго ходил очкастый человек по лесу, дергал зеленый лист, дергал желтый лист, снова зеленый, пожимал плечами и задумчиво смотрел в тихую даль, где медленно проносилась паутина.

Теперь все уже знают, что осенний листопад — приспособление. Но ученые не успокоились и стали глубже изучать это приспособление. Легко ведь сказать — дерево приспособилось к осени образовывать в листьях разделительный слой. Но ведь не в календарь же заглядывает дерево — «ах, уже сентябрь, пора образовывать разделительный слой, а я, было, совсем заболталась с этой рябиной о ее кружевах». Так или иначе, а нужно же выяснить, почему в известный момент начинает образовываться этот разделительный слой и все то, что предшествует листопаду. И если эколог, изучающий смысл явлений, удовлетворен, то любознательность его сотрудника-физиолога только раздразнена: перед ним поставлена задача. И он начинает свои бесконечные «перекрестные вопросы природе», свои опыты. Вытаскивает стеклянные трубочки, термометры. Начинает охлаждать растение то целиком, то по частям — корни сильнее, стебли и листья слабее, или наоборот. Начинает затемнять растение или освещать его: то просто, то какими-нибудь лучами — ультрафиолетовыми или иными. И, стоя в светло-оконной лаборатории перед маленьким деревцем, покрытым замысловатым колпаком, долго задумчиво кусает он бороду, задумчиво смотрит на термометр и постукивает пальцем по столу.

Наконец, многое становится ясным. Не все, но многое. Выясняется громадная роль, которую в явлении листопада играет испарение. Выясняется, что скорость всасывания воды корнями очень сильно зависит от температуры: простым охлаждением корней, даже до температур выше нуля, можно заставить растение увянуть. Выясняется, что хотя испарение тоже зависит от температуры, но несколько слабее, поэтому охлаждение всего растения сильнее сказывается на поступлении воды, чем на ее испарении, и растение начинает обезвоживаться, в результате чего в черешках листьев начинает развиваться особая ткань. Правда, в этом пункте многое остается еще неясным (почему же все-таки образуется как раз то, что нужно,— разделительный пробковый слой, а не что-нибудь другое), но главное доказано: листопад — следствие физических причин, результат осеннего охлаждения. Между экологом и физиологом начинается жестокий спор. Эколог утверждает, что «ближайшей причиной листопада является опасность чрезмерного испарения»[28], физиолог говорит, что причиной является изменение температуры. Сталкиваются два миропонимания, вернее — два оттенка научного понимания причинности. От этого жестокого столкновения наука только выигрывает. Она получает хорошо обоснованный вывод, прошедший сквозь огонь и воду научной критики. «Листопад есть приспособление растений к условиям существования в нашем климате, так как в нем могут существовать только те лиственные породы, которые приобрели свойство на осеннее охлаждение отвечать рядом процессов, ведущих к листопаду». Итак, вскрыта физиологическая причина явления и найден его экологический смысл (тоже причина, но качественно иная). На минуту все успокаивается. Но где-то далеко-далеко, на Мадейре или Занзибаре, где осеннего листопада не бывает, задумчивый человек стоит перед персиковым деревом, много лет назад привезенным сюда из Европы, и недоумевает: тепло, небо ясное, цветет все вокруг и благоухает, а чужеземный северный гость вдруг начинает ронять листья, словно вспоминая, что где-то там, далеко-далеко, сейчас пышными красками расцветает золотая осень и медленным золотым дождем начинает ниспадать лиственный убор... И задумчивый человек на Мадейре недоумевает: хотя перед ним всего лишь единственное персиковое дерево, но сомнения нет — оно начинает сбрасывать листья, начинается листопад, у которого как будто нет ни экологического смысла, ни внешней физиологической причины.

Да, загадки природы не имеют окончательного ответа. Неизменно, неуклонно человеческая мысль движется вперед к чарующему безнадежному «концу», который с каждым шагом становится все более и более далеким, все более и более унося в бесконечность границы познаваемого мира и мира познаний. Когда-то Гёте восторженно сказал, что книга природы — это единственная книга, содержание всех строк которой одинаково значительно.

История листопада типична, характерна для пути, которым движется наша наука. Наивно представление, первое элементарное объяснение, сменившееся после Дарвина объяснением смысла — «экологическим» объяснением, вызвавшим в виде реакции стремление найти физиологическое объяснение. Борьба этих течений, укрепление обеих позиций и, наконец, слияние, синтез обоих объяснений: экологическим смыслом и физиологической причиной. Но и это не «наконец», и в тот момент, когда казалось, что многое объяснено, начинают открываться какие-то новые явления, «причины внутренние», что дает на момент возможность одним кричать о том, что наука смотрит лишь по поверхности, а самое существенное — со всеми своими дарвинизмами да материализмами проглядела, а других заставляет еще задумчивее покусывать бороду, еще напряженнее мыслить и работать, чтобы в будущем развернуть перед изумленной человеческой мыслью такие горизонты, до завоевания которых мы, может быть, не успеем дожить...

Отметим одну идею, которая с каждым годом приобретает все более выдающееся значение,— идею, что в органической природе целый ряд явлений отражает собою изменение отношения скоростей. Эта тяжеловесная фраза значит вот что. При некоторых условиях, скажем летом, скорость поступления воды в растение стояла в том или ином отношении к скорости испарения. Осенью это отношение скоростей изменилось, что и отразилось в целом ряде осенних явлений. Весной произойдет еще более резкое изменение этого отношения (скорость поступления воды значительно превысит скорость ее испарения) , которое даст целый ряд весенних явлений.

Другой пример дает нам золотая осень — исчезновение зеленой окраски листьев. У листьев пожелтение зависит от того, что зеленый хлорофилл разрушается и остается желтое вещество. Хлорофилл принадлежит к числу веществ, легко разрушающихся даже просто от освещения. Но летом скорость образования хлорофилла равна или даже превышает скорость распада хлорофилла, и лист остается зеленым. Осенью отношение скоростей двух процессов изменяется, скорость распада превышает скорость новообразования или, быть может, скорость образования уменьшается сильнее, чем скорость распада, и зеленая окраска начинает исчезать. Желтое вещество тоже образуется и разрушается с известной скоростью. Но это отношение изменяется слабо, поэтому желтый пигмент преобладает над зеленым.

Появление красного пигмента — антоциана — объясняется еще нагляднее. Летом скорость его образования в листьях приближается к нулю. Но по мере понижения температуры в листьях накапливаются некоторые вещества, способствующие образованию антоциана. И благодаря этому скорость образования антоциана сразу сильно возрастает. Поэтому хотя антоциан легко разрушается, скорость его разрушения очень мала по сравнению со скоростью образования, и красная кровь начинает сверкать на листьях деревьев, да и не только деревьев. Так как скорости химических и физических процессов зависят от очень многих причин (температура, наличие тех или иных веществ и т. д.), часто различных в разных растениях, то даже одинаковое изменение одной из этих причин (например, осеннее понижение температуры) изменяет отношение скоростей процессов у различных видов в неодинаковой степени. И поэтому осенью в окраске деревьев наступает удивительное, чарующее разнообразие, которое говорит нам о великой истине: химическая и физиологическая жизнь каждого вида организмов так или иначе отличается. И раскрытием этой истины наука последних лет гордится совершенно справедливо.

Осенние листья умирают — их убивает само дерево и безжалостно сбрасывает с себя. На короткие предсмертные дни разрушающийся хлорофилл окрашивает их в те чудные цвета, которыми так богата золотая осень. Какая красивая смерть у листьев! Неужели же это только бесстрастное «изменение отношения скоростей» и ничего более. Мысль почему-то не хочет мириться с таким «сухим» объяснением. Невольно кажется, что умирающая осень собралась с последними силами и устроила зачем-то пышный праздник. Неужели эти удивительные краски не имеют цели, смысла?

Биологи усиленно отыскивали этот смысл — биологическое значение осенней окраски листьев — и кое-что успели выяснить, чрезвычайно интересное, хотя и еще довольно неопределенное. Особенно важна и интересна, по-видимому, роль красного антоциана. Ему приписывают роль защиты хлорофилла от ярких лучей, роль нагревателя, поглощающего самые теплые, красные лучи солнечного спектра. Тем, кто пожелал бы подробнее познакомиться с успехами науки в этом вопросе, можно указать книгу Полянского «Сезонные явления в природе».

Конечно, очень вероятно, что осенняя окраска желтых листьев имеет свой смысл, но его нужно найти. Во всяком случае среди осенних красок много наводящих на размышление. Стукните палкой по молодой березке. Бессильно посыплются с нее блеклые листья. Но если вы внимательно приглядитесь к этому золотому дождю, то, наверное, найдете среди них... бабочку с такими же «желто-засохшими» крыльями, с изогнутыми передними углами (на них лиловая черта). Это — дрепана. Конечно, вблизи вы ее сразу заметите. Но на нее можно и не обратить внимания, когда она наподобие листа косо падает в траву. Здесь мы опять встречаем полное соответствие инстинкта: в данном случае повадки полета с окраской, т. е. с признаком организации. В самом деле, если, сорвавшись с дерева, бабочка взвилась бы вверх, ее гораздо легче было бы заметить. Но, когда она падает на землю совершенно так же, как лист, только, может быть, отлетая чуть дальше других листьев, нужно заранее ожидать встречи с ней, чтобы обратить на нее внимание. И вы, вероятно, много раз видели, как она падает с дерева. Видели, но не замечали.

Дрепана в осеннем березняке (даже ранней осенью и в конце лета) очень обычна. Но надо заметить, что вообще бабочек с осенней окраской довольно много, особенно среди пядениц. Пяденицы, или землемерки,— это обширное семейство часто довольно мелких бабочек, имеющих характерную десятиногую гусеницу, сильно изгибающуюся при ползании, когда она словно мерит четвертью, пядью. У большинства бабочек гусеницы имеют 16 ног. У дрепаны их 14: самая задняя пара брюшных ножек мало развита (интересно было бы выяснить значение таких изменений в количестве ног).

Многих пядениц можно найти во время прогулки, если ударить палкой по кустам и деревьям. Впрочем, осенняя окраска встречается не только у пядениц, а почти во всех группах бабочек. В этом опять проявляется общий закон покровительственной окраски, отражающей наиболее распространенную в данное время и в данном месте окраску. Когда глядишь на коллекцию осенних бабочек, невольно кажется, что золотая осень магически запечатлелась на их крыльях, покрытых нежной пыльцой. Какое изумительное богатство тонов и оттенков, черточек, пятнышек, закорючек — всего того, чем так богаты умирающие листья, на которых заметны плесень, ржавчинники, выгрызенные различными листоедами дырки. Что все это не случайное совпадение, доказывается уже обилием этих осенних видов. Англичане подсчитали, что из 50 бабочек, летающих осенью в Англии, 42 окрашены по-осеннему.

Но если значение этой окраски ясно, то происхождение ее еще достаточно загадочно. Прежде всего интересно отметить, что осенняя окраска листьев и бабочек при всем оптическом сходстве не имеет ровно ничего общего с химической и физической стороны. Никакого разрушения хлорофилла у бабочек нет. Образование окраски здесь и там идет совершенно различными путями. И если мы спросим, какая сила или какой фактор мог к этому привести, то ответ может быть только один: этим фактором явился глаз, но глаз не бабочки, а какого-нибудь ее врага, вероятнее всего насекомоядной птицы. Окраска листьев и бабочек шла своим путем эволюции. Но появился где-то в мире таз птицы, и путь эволюции окраски бабочек изменился и пошел параллельно эволюции окраски листьев. Если бы почему-либо через миллион лет осенние листья стали в преобладающей степени красными, можно было бы быть уверенным, что среди осенних листьев порхали бы такие же красные бабочки, как красные рыбы плавают среди красных коралловых рифов.

Но путь этой эволюции во многом загадочен. С одной стороны, здесь перед нами — едва ли не лучший пункт приложения последовательно дарвиновского объяснения. Сходство бабочки с листом определяется бесчисленными мелкими признаками, и изменчивость этих признаков делает бабочку то более, то менее похожей на лист, то более, то менее заметной, то более, то менее подверженной опасности, то хуже, то лучше приспособленной. А наиболее приспособленные шествуют вперед по беспредельному пути эволюции.

Но это же объяснение встречает целый ряд возражений, на которые следует ответить и на которые мы не всегда можем дать полный ответ. Прежде всего для того, чтобы сходство бабочек с листьями могло совершенствоваться, оно должно было быть, хотя и в несовершенном виде, и нужно найти примеры этой несовершенной окраски. Этот пункт сравнительно легко согласовать. Труднее ответить, почему данный вид приобрел окраску, свойственную лишь ему. Ведь окраска осенних листьев положительно бесконечно разнообразна и по общему тону, и по рисунку, и по тем пятнышкам и крючочкам, которыми они пестрят. И если мы возьмем какой-либо вид — хотя бы эвгонию осеннюю (рис. 40), можно, не беря особого греха на душу, утверждать, что она могла бы бесконечно варьировать по своей окраске и быть все-таки одинаково хорошо защищенной. А между тем и ее форма, и окраска, хотя и варьируют, но в общем настолько характерны, что вовсе не надо быть очень опытным энтомологом, чтобы без труда узнать эвгонию осеннюю среди многих других бабочек. Есть, очевидно, какая-то сила, которая замыкает ее вариацию в известных рамках, которая двигает эволюцию окраски по вполне определенному пути, хотя с точки зрения пользы этих путей могло бы быть очень много. И если, как установлено уже для ряда исследованных животных и растений, случайные мелкие уклонения не всегда передаются по наследству, то значение этого фактора, направляющего изнутри эволюцию окраски эвгонии в ту, а не в иную сторону, должно еще возрасти. И эти мелкие уклонения, пожалуй, наиболее интересны. На крыльях «осенних» бабочек имеются различные темные черточки, как бы отражающие грибные заболевания на листьях. Как бы эти черточки не располагались, как бы ни варьировало их расположение, в громадном большинстве случаев это будет одинаково полезно и естественному отбору нечего будет выбирать более приспособленных среди менее приспособленных. И если тем не менее эти мелкие значки располагаются все-таки у каждого вида более или менее определенным образом, сюда уже не приходится приплетать великий принцип естественного отбора в таком упрощенном виде, а нужно отыскивать прикосновение какого-то другого, вероятно, не менее великого принципа эволюции.

Так было написано в первом издании. В то время осенняя окраска бабочек (и некоторые другие явления) действительно ставила перед дарвинизмом серьезное затруднение, от которого нельзя было легкомысленно отмахнуться. И тогда антидарвинистам казалось, что из этого конфликта что-нибудь выпадет и на их долю.

Но, как уже много раз бывало, надежды антидарвинистов не оправдались. Прошло всего 20 лет, и биология с помощью экспериментально разработанного генетикой учения о плейотропии наметила очень интересное решение этой загадки.

По-прежнему, и даже более чем когда-либо, мы убеждены теперь в том, что «осенняя» окраска крыльев бабочек, как и всякое приспособление, выработана естественным отбором путем медленного накопления наследственных изменений — мутаций.

И никакого иного «великого принципа», который противостоял бы или исправлял принцип естественного отбора, не потребовалось. Пришлось всего лишь принять во внимание ранее неизвестное явление полимерии (впервые открытое уже 70 лет назад, но подробно изученное позднее).

Рис. 40. Эвгония осенняя.

На нижнем рисунке слева неподвижно сидящая гусеница

Однако о природе мутаций и их действий мы узнали теперь гораздо больше... Путем многочисленных экспериментов, особенно в последние десятилетия, установлено, что когда мутация возникает, она обычно изменяет сразу несколько признаков, несколько свойств организма. Некоторые из них могут быть замечены на глаз (например, признаки окраски), другие являются незаметными внешне, «физиологическими», например плодовитость, жизнеспособность и т. п. Естественный отбор «оценивает» мутации и их комбинации, конечно, по совокупности всех частных особенностей и одни отбрасывает, другие сохраняет, накопляет. Поэтому среди многих наследственные возможных вариаций осенней окраски данной бабочки одни оказываются более, другие менее физиологически жизнеспособными, а некоторые, наиболее жизнеспособные, вытесняют все остальные, хотя их «покровительственная» роль у всех равноправна.

Раз мы уже взяли в качестве примера эвгонию осеннюю, остановимся еще на некоторых особенностях этой замечательной бабочки. Она замечательна прежде всего тем, что трижды меняет свою маскировку. Ее буровато-коричневая гусеница в своей окраске и повадках отлично подражает коричневым веточкам, подобно многим другим гусеницам-пяденицам. Окукливается эта гусеница, в отличие от громадного большинства других пядениц, не в земле и не под корой, а среди живых листьев, связанных довольно слабо и неплотно. В отличие от громадного большинства других бабочек (и пядениц в том числе) ее куколка не коричневая, а зеленая, в чем нельзя не видеть той же гармонии покровительственной окраски и перед чем нельзя не останавливаться в задумчивости и удивлении. Из этой зеленой куколки выходит бабочка, подражающая осенней листве своей окраской и формой. Какая же бесконечно долгая эволюция могла накопить такое большое число различных приспособлений? И как много раз проходила над нашей Землей осень!

Эвгония осенняя говорит нам несколько молчаливых слов еще и о том, что между эволюцией формы (или окраски) и эволюцией инстинкта должна быть очень тесная связь. Эволюция их идет, очевидно, совершенно одинаковым путем и, по-видимому, вполне правы те зоопсихологи, которые считают, что в основе инстинкта должны лежать физиологические и морфологические признаки нервной системы, эволюцией которых и объясняется эволюция инстинкта.

[28] Кернер. Жизнь растений, т. I, стр. 349.