Биологические прогулки: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

На рис. 19 схематически изображено несколько профилей лугов. Рядом с ними указаны доминирующие виды, цветение которых сообщает окраску той или иной части луга. Профили 2, 3 и 4-й относятся к одному и тому же лугу в его различных местах, причем 3 и 4-й сняты одновременно, а 2-й — несколько ближе к весне. Профиль 5-й взят перпендикулярно направлению склона, так что по его ложбинкам в дождь и весной стекает вода. Это примеры, которые вы можете легко дополнить собственными наблюдениями. В данном случае обращено внимание на угол крутизны, но с нею связан целый ряд условий — почва, влажность, инсоляция и т. д. Играет роль и то, куда обращен склон — на север, юг, восток или запад, и тысячи других причин. Вот почему нельзя сказать, что данный вид предпочитает определенный уклон: в различных местах он будет различным. Крутизна склона может существенно менять условия произрастания. На одном и том же лугу участки, различающиеся по крутизне, из года в год занимают различные виды. Каждый выбирает себе такое место, где он лучше может развиваться и откуда он способен вытеснить остальные виды, соперничающие с ним.

 Глядя на луг, обратите внимание еще на одно интересное обстоятельство. Если его не подсказать, вы, может быть, не заметите его, хотя отлично его видите (правда, при соответствующей погоде). Это очень любопытно и поучительно — можно ясно видеть что-либо и не замечать! А для натуралиста это обстоятельство имеет громадное значение, так как сплошь и рядом интересные и важные явления исследователи многие годы просто упускали из виду, не замечали, а нам, их потомкам, все это известно с малых лет. Мы даже не понимаем, как эти ученые проглядели такие очевидные явления. Знающий человек видит столько же, сколько и незнающий, но замечает в сто раз больше.

А явление, о котором я хочу упомянуть, это — гелиотропизм цветов. Если вы посмотрите на луг, повернувшись лицом к солнцу, то увидите, что цветы как бы отвернулись от вас. Обернетесь назад — увидите, что и цветы (и целые соцветия сложноцветных, зонтичных и др.) смотрят на вас. Конечно, до вас лично им никакого дела нет, они, не видя, смотрят в сторону Солнца. И так как это явление можно наблюдать почти в течение всего дня, то, значит, цветы следят за солнцем, поворачивают свои головки вслед за ним. Правда, если солнце светит слишком ярко, цветы начинают отворачиваться («положительный гелиотропизм» переходит в «отрицательный гелиотропизм»), иные даже закрываются и поникают, но в общем большинство обращено к солнцу (особенно хорошо это бывает видно на нивяниках и козлобородниках). Солнце — источник земной жизни. Растениям необходим свет, и их стремление поставить свои цветки перпендикулярно солнечным лучам, т. е. наилучшим образом осветить их, можно истолковать как сознательное поведение растения. Искушение велико, особенно если принять во внимание, что подобное же поведение обнаруживают и многие животные. Но отнюдь не следует поддаваться искушению. Длинный ряд опытов подтверждает, что перед нами хотя и сложный, но бессознательный акт. У растений он ведет к различной скорости роста освещенной и затененной стороны: первая замедляет свой рост, а вторая, наоборот, растет быстрее (вспомните длинные побеги у растений, обитающих в темноте) и таким образом поворачивает цветок к солнцу (рис. 20). Изгибание останавливается тогда, когда способная изгибаться часть стебля будет со всех сторон освещаться симметрично и когда все стороны ее будут расти с одинаковой скоростью.

Рис. 20. Схема механизма гелиотропического поворота цветка (соцветия) навстречу лучам солнца, изображенным в виде стрелок

А — до поворота; Б — после поворота. Затененная сторона цветоножки растет быстрее освещенной

Итак, в явлении гелиотропического поворота механический процесс поворачивания цветка обусловлен тем, что затененная сторона цветоножка удлиняется по отношению к освещенной. Это обусловлено физиологическим обстоятельством — зависимостью скорости роста от света, как полезное приспособление выработано и закреплено экологическим процессом — естественным отбором.

Жажда света у некоторых растений приводит к специальным приспособлениям. Сорвите, например, цветок лютика. Лепестки его, образующие плоскую чашу, так изогнуты, что, отражая солнечные лучи, собирают их, как в фокусе, на находящихся в центре цветка завязях. Тонкие измерения обнаружили в этой точке несколько повышенную температуру. Это уже новая функция венчика. К своей обычной роли — привлекать опыляющих насекомых — он прибавил новую. Это начало возможной смены функций, примеры которой мы наблюдали у селезеночника и василька. Если когда-нибудь венчик лютика превратится исключительно в нагревающий прибор, исследователи будут удивляться: как возникло такое странное приспособление? Ведь собирать лучи венчик может, лишь достигнув известного совершенства строения (блестящая поверхность лепестков лютика, вероятно, служит той же цели). Значит, пока он не достиг совершенства, он был бесполезным органом? Что же сохраняло этот ненужный орган?

Подобное недоумение постоянно возникает, когда мы задаемся вопросом об истории образования (в филогении, т. е. в течение долгого ряда поколений) какого-либо органа. Неясность пути возникновения часто служила козырем в руках антидарвинистов: хоть орган и не нужен, но он стремится к развитию на основании известного начертанного плана, и дарвиновский принцип целесообразности тут не при чем.

Вот летит шмель. Задавали ли вы себе вопрос, как возникли его крылья? Ведь шмель может лететь только на достаточно совершенных крыльях (вспомните историю авиации). Но ясно, что сразу они не могли быть совершенными: у дальних предков шмеля на спине были органы, похожие на крылья, но на них нельзя было летать. Значит, они были бесполезными придатками? Почему же они не исчезли? Где же принцип «ничего лишнего, только необходимое»? Следовательно, шмели все-таки развивали бесполезный орган, стремясь полететь.

Палеонтология не дает нам ответа на этот вопрос. У древнейших насекомых каменноугольной и пермской эпох были крылья, вполне пригодные для полета. Этот вопрос так важен теоретически, что мы должны добиться хотя бы вероятного ответа. Его мы находим в принципе смены функций и предполагаем, что раньше крыло служило для другой цели, например для дыхания, подобно жаберным пластинкам некоторых ныне живущих личинок. Эти пластинки могут быстро двигаться, помогав плаванию. Так к функции дыхания прибавляются функции движения. Конечно, это не доказательство, а лишь возможное объяснение. Но оно основано на том, что крыло насекомых непрерывно меняет свои функции. Вот летит стрекоза — все четыре ее крыла одинаково служат лишь для полета. У шмеля они издают звук: когда вы растревожите гнездо, шмели, не взлетая, сначала просто издают угрожающие звуки, гудят. Крыльями же стрекочут и кузнечики. Но у них крылья имеют еще одну функцию — носителей окраски: передние часто несут покровительственную окраску. А задние крылья кобылок, нередко ярко-красные, имеют предупреждающее значение. Такая же роль носителей окраски свойственна крыльям бабочек, все еще летающих на крыльях. Но уже у кузнечиков передние крылья отчасти утрачивают роль органов полета. У жуков передние крылья почти утратили эту функцию, затвердели и охраняют крылья задней пары, а когда задние крылья исчезают, надкрылья прикрывают тело и часто (например, у многих долгоносиков) срастаются в сплошной панцирь. Наконец, у мух задние крылья превращаются в маленькие органы, так называемые жужжальцы, назначение которых — обеспечивать равновесие в полете. Любопытно, что у некоторых мух самцы в момент спаривания ухватываются за жужжальцы самок передними лапками, как за ручки велосипеда.

Да, ведь и при развитии лепестков произошла смена функций. Ботаники уже давно разгадали (даже не ботаники-специалисты, а поэт-ботаник Гёте), что лепестки — видоизмененные листья, потерявшие способность образовывать хлорофилл и усваивать углекислоту и получившие свойство образовывать пигменты и ими привлекать насекомых. Начало подобного пути вы найдете и у прицветников Иван-да-Марья, приобретших ярко синюю окраску, контрастно оттеняющую желтые цветки. А, по-видимому, еще раньше лепестки просто охраняли нежные внутренние части цветка от превратностей окружающего мира.

Так или иначе, но красотой цветущего луга мы обязаны главному назначению венчиков — привлекать насекомых. Если вы последите некоторое время за любым шмелем или пчелою, то увидите, что они перелетают с цветка на цветок не как попало, а к растениям какого-нибудь определенного вида — то к клеверу, то к горицвету и т. д. Но иногда посещают вперемежку два-три вида. Чем они руководствуются при этом — зрением или обонянием, не так легко решить. Фриш в ряде любопытных опытов стремился доказать, что на более далеком расстоянии пчелы руководствуются зрением, а вблизи — уже обонянием, различая цветы по запаху. Однако нельзя сказать, чтобы определенный вид шмеля летал на цветы какого-нибудь определенного вида растений. В разные дни вы увидите его на разных цветах: он переходит с одного вида на Другой в зависимости от того, где в этот день можно больше набрать меду. У домашних пчел можно вырабатывать рефлексы на запахи и заставлять пчел летать на цветы с определенным запахом, даже если они не имеют меда (например, сирень).

Опять мы вернулись к вопросу о зрительных способностях насекомых, с которыми связана эволюция растений. Натуралисты издавна заметили интереснейшие факты окраски животных и растений, которые требовали объяснений. С некоторыми случаями мы уже познакомились на первой прогулке. Вспомните зорьку, божью коровку, обитателей опавшей листвы. На зеленом лугу вы найдете массу зеленых насекомых — гусениц, тлей, клопов, кузнечиков. Ученые создали ряд более или менее остроумных гипотез и теорий для объяснения этих и подобных им фактов.

Теория покровительственной окраски говорит, что слабо защищенные животные приобретают окраску, делающую их незаметными среди окружающей обстановки, дабы легче было укрыться от врагов. Хищники приобретают такую же окраску, чтобы незаметно подбираться к врагам. Правило Тайера объясняет, почему брюхо животных окрашено почти всегда светлее спины: интенсивность окраски обратна распределению теней, что делает животных менее заметными. Исключения из тайеровского закона — например, ярко-черное брюхо у барсука — остаются загадкой. Теория предостерегающей окраски объясняет случаи необыкновенно яркой и пестрой окраски многих ядовитых и несъедобных животных. Когда выяснилось, что среди этих ярких животных попадаются вполне съедобные, была создана теория Бэтсовой мимикрии, утверждающая, что съедобным животным выгодно походить на несъедобных: сходство спасает их от преследования. Оказалось, что и ядовитые, и несъедобные животные как бы подражают друг другу, в их окраске много общего. Тогда возникло объяснение Мюллеровой мимикрии, показавшее, что несъедобным выгодно иметь одинаковую вывеску, чтобы легче было приучить птиц не трогать их. Наконец, гипотеза пугающей окраски вместе с пугающими движениями (гипотеза Фаусека) объяснила яркую окраску драчливых самцов.

Окраска цветов тоже объясняется необходимостью привлечения опыляющих насекомых, и, таким образом, усилиями многих исследователей было создано красивое здание теории окрасок.

Обычными примерами всех этих замечательных явлений мимикрии являются южноамериканские или индийские насекомые, а наша местная фауна остается в этом отношении нам мало известной. Между тем на цветущем лугу мы находимся как будто в музее, где можно легко видеть множество превосходных образцов мимикрии (рис. 21 и 22). Я имею в виду обширное семейство мух-журчалок, или сирфид, летающих в летние дни по цветам на солнечном лугу, среди кустарников, по берегам водоемов.

Добрая половина сирфид подражает различным жалоносным перепончатокрылым — осам, шмелям, пчелам. В массе это подражание приблизительное, обобщенное: желто-черный осообразный рисунок, вызывающий у человека лишь некоторое смутное опасение — не ужалила бы! Но, может быть, это смутное сходство — просто случайное совпадение?

Подозрение о случайности сходства исчезает, если внимательно сравнить с осой таких сирфид, как хризотоксум и цериоидес. Здесь сходство уже не ограничивается просто желтыми полосами: окраска брюшка, груди, ног, головы точно копирует некоторых ос. У типичных ос крылья способны складываться продольно, почему получается как бы продольная темная полоса. И у многих сирфид, не способных складывать крылья, вдоль крыла развивается бурая полоска. Наконец, у ос, в отличие от мух,— длинные заметные усики, висящие перед головкой. И у некоторых сирфид короткие мушиные усики либо вытягиваются, либо сидят на довольно длинной палочке, неожиданно образовавшейся на лбу, совершенно имитируя усики. Нет, это изумительное детальное сходство не случайно! Оно явно направлено на обман зрителя, способного заметить такие детали, как длину усиков. У некоторых видов безобиднейших мух-журчалок (эристалис) окраска, бурые волоски и жужжание удивительно напоминают пчел. У других сирфид достигается такое же замечательное сходство со шмелями: такова волюцелла, забирающаяся в гнезда шмелей.

Интересно, что в этом роде мух одни виды имитируют шмелей, а другие — ос и по внешности резко отличаются Друг от друга, сохраняя сходство лишь основных систематических признаков. Всех этих мух можно особенно часто наблюдать на цветах зонтичных растений, особенно на тмине, дуднике. Вместе с ними можно видеть и ос (чаще в августе).

В соседнем семействе большеголовой или в семействе львинок можно найти мух, также идеально подражающих осам окраской, крыльями и усиками, так что только после внимательного осмотра можно установить, что это не оса и не сирфида, а большеголовка или львинка. Большие осоподобные львинки до того «обнаглели», что позволяют брать себя руками.

Эта мимикрия близка с Бэтсовой с той только разницей, что образцы (осы, шмели, пчелы) здесь не съедобны, а больно жалят. Сюда же относятся бабочки-стеклянницы, имитирующие ос, и бражники, имитирующие шмелей.

Внимательно обдумывая эти примеры, следует прийти к заключению, что и различные по происхождению осы (общественные и одиночные) с помощью своей черно-желтой яркой окраски образуют защищенные формы, также имитирующие друг друга в порядке Мюллеровой, или взаимной мимикрии.

Но это стройное здание теории красок может поколебать сверху донизу маленькое указание, что все окраски разобраны с точки зрения человеческого глаза. Конечно, не от нашего же взора спасается тля или гусеница, не от него прячется кукушка в свою ястребиную шкурку. А другой глаз будет и видеть по-другому, и то, что нам кажется ярким, бросающимся в глаза, для него будет незримым, а незримое или малозаметное нам для него будет очевидным. И тогда рухнет все здание. Этот вопрос привлек внимание ряда ученых. Одни из них, противники дарвинизма,' принялись за опыты, чтобы доказать, что развитие окраски совершается по строгим законам физиологии, нисколько не сообразуясь с «пользой» (теория ортогенеза Эймера), другие экспериментаторы занялись сложными исследованиями того, какие цвета видят различные животные. Оказалось, что различные животные видят совершенно различно: куры видят красный, оранжевый, желтый цвет и не видят остальных. Кошки путают все цвета с яркими оттенками серого цвета. Муравьи не обращают никакого внимания на красный цвет и убегают от синего, фиолетового и ультрафиолетового, а пчелы хорошо видят красный цвет.

Рис. 21. Мимикрия насекомых, подражающих осам

Хорошо защищенные: оса одинер — 1, роющая оса крабро — 2; подражающие осам: бабочка стеклянница — 3, наездник — 4, муха-большеголовка — 5, муха-сирфида — 6, родственница которой Volucella bombylans поразительно подражает каменному шмелю; муха львинка — 7, осовидный пилильщик — 8

Эти исследования поставлены на строго научную почву сравнительно недавно. На этих путях — непочатый край новостей и неожиданностей, широкие горизонты, хотя, может быть, полученные результаты будут потом исправлены или даже опровергнуты.

Однако противники дарвинистического объяснения мимикрии попытались подойти с другой стороны. Если мимикрия должна защищать беззащитных насекомых от нападения благодаря их сходству с осами и шмелями, то как же объяснить, что и сами осы и шмели попадают в клюв птиц? Осматривая «магазины» сорокопутов, можно в них найти жирного шмеля, наткнутого, как на булавку, на шип боярышника. Есть даже специальный орел-осоед, питающийся личинками ос и шмелей, для чего ему приходится разорять их гнезда. Но это, конечно, не возражение. Жизнь движется вперед. На всякое приспособление по тем же законам органической природы вырабатываются контрприспособления. Змея вырабатывает смертоносный яд, а еж — противоядие и смело нападает на змею. Оса и шмель развивают способность пускать в ход свое опасное оружие, а птицы развивают способность клювом наносить молниеносный удар и избегают укусов. В мире есть беспощадный и грозный голод, он заставляет бросаться хищника на опасную жертву, ибо иначе можно остаться голодным и погибнуть. Так же шаг за шагом совершенствуется мимикрия. Муха погибнет, если не сумеет обмануть врага (птицу, богомола, стрекозу, осу). Муха, которая сумеет обмануть врага, выживет и оставит дальнейшее потомство. Но и враг погибнет (или пострадает), если обманется, и выживет, оставит потомство, если сумеет разоблачить обман. Так связанные воедино противоречием, погибая сами или истребляя противника, идут они вперед по пути эволюции, непрерывно совершенствуя свои приспособления.

То же самое творит вокруг нас буйная летняя жизнь. Легкой поступью идет она по звенящему лугу, призывая к бытию тысячи организмов и тысячи тут же погубит, чтобы завтра снова создавать прекрасные формы, уже обреченные на смерть. Только с этой точки зрения вечного движения, непрерывного развития можно рассматривать, в частности, роль окрасок в природе и понять, почему покровительственная окраска не очень-то спасает, а пугающая окраска не очень-то пугает. Но тем не менее смысл их и причина развития именно таковы. Ведь мощная броня эскадренных броненосцев не спасает военные корабли от всесокрушающих ударов крупнокалиберных снарядов. Однако броня совершенствовалась именно для защиты от снарядов, совершенствуя вместе с тем и артиллерию. И покровительственная окраска совершенствовалась как средство защиты, совершенствуя вслед за собой и зрение врага как средство нападения.