Эволюция: Триумф идеи - Карл Циммер

Генри Осборн, президент Американского музея естественной истории, объявил эти тенденции доказательством того, что эволюцией — в значительной степени — управляет не естественный отбор. Каждая из линий развития млекопитающих уже в самом начале несет в себе потенциал стать тем, чем и становится впоследствии, — лошадью или слоном. «Потенциал чего-то, что может проявиться со временем», — как выразился Осборн. Причем раскрыть этот потенциал вид может только в борьбе со стихиями и с другими животными. «Докажите, что принцип Ламарка неверен, и мы должны будем признать, что в эволюции существует некий третий фактор, о котором мы пока ничего не знаем», — заявил Осборн в 1934 г.

Но один из студентов Осборна палеонтолог Джордж Симпсон не захотел принять этот обновленный ламаркизм. Гораздо сильнее впечатлило Симпсона то, как Добжанский сумел связать генетику и естественный отбор. Прочитав «Генетику и происхождение видов», он решил сам проверить, применимы ли генетические принципы Добжанского к палеонтологической летописи.

Симпсон внимательнее присмотрелся к тенденциям, которые, по утверждению Осборна, свидетельствовали в пользу однонаправленной эволюции. При тщательном исследовании линейные варианты развития развернулись вдруг в густые эволюционные деревья с многочисленными ответвлениями. Оказалось, к примеру, что лошади за последние 50 млн лет принимали самые разные размеры, да и анатомия копыта менялась неоднократно; многие из этих вариантов давно вымерли и не имеют непосредственного отношения к происхождению сегодняшних лошадей.

Если за трансформацию древних видов в сохранившихся образцах действительно отвечал естественный отбор, который ученые исследовали в лабораториях, он должен был развиваться достаточно быстро, чтобы произвести изменения, заметные для палеонтологов. Экспериментаторы «мушиной комнаты» тщательно замерили, как часто появляются мутации у плодовых мушек и как быстро они могут распространяться по популяции путем естественного отбора. Симпсон изобрел собственный метод измерить скорость эволюционных изменений по останкам. Он просмотрел всю громадную коллекцию костей, собранных палеонтологами за предыдущее столетие, тщательно измерил их и построил график их изменения во времени. Симпсон обнаружил, что эволюция в далеком прошлом могла протекать с разной скоростью, быстро или медленно, и что даже внутри одной линии развития она могла ускоряться и замедляться со временем. Кроме того, Симпсон обнаружил, что даже максимальная скорость изменений в останках уступает скорости эволюции, зарегистрированной у плодовых мушек. Таким образом, Симпсону, чтобы разобраться в своих костях, не потребовался никакой загадочный ламарковский процесс; хватило и синтетической теории эволюции.

К 1940-м гг. создатели синтетической теории эволюции успели показать, что генетика, зоология и палеонтология рассказывают, в сущности, одну и ту же историю. Основа эволюционных изменений — мутации; в сочетании с Менделевой наследственностью, переносом генов, естественным отбором и географической изоляцией они способны создавать и новые виды, и новые формы жизни; а за миллионы лет они вполне могли породить все те изменения, которые зафиксировала палеонтологическая летопись. Успех синтетической теории эволюции сделал ее движущей силой всех эволюционных исследований последних 50 лет.

Дарвин и помыслить не мог, что можно наблюдать естественный отбор в действии. Максимум, что можно получить, как ему казалось, — вариации голубей на голубятне. В дикой природе, считал он, эволюция идет слишком медленно и постепенно, чтобы ее различало наше сознание, настроенное на короткий срок человеческой жизни, — точно так же невозможно увидеть, как дождь размывает и уносит с собой гору. Но в наши дни биологи, вооруженные синтетической теорией эволюции, научились отмечать вспышки эволюционных изменений, происходящие прямо у нас на глазах.

Дэвид Резник, биолог из Университета Калифорнии в Риверсайде, наблюдает эволюцию в лесах Тринидада, где в ручьях и небольших озерах плавают рыбки гуппи. На равнинах и в предгорьях гуппи угрожают хищники, но выше в горах они могут жить спокойно, поскольку мало кто из хищников способен подняться против течения через водопады и отвесные скалы. Резник начал наблюдать за гуппи в конце 1980-х.

Жизнь гуппи, как и жизнь любого другого животного, проходит по определенному графику — в каком возрасте рыбки достигают половой зрелости, как быстро растут, как долго живут во взрослом состоянии. Биологи-теоретики предсказывали, что график жизни животных может эволюционировать, если мутации, которые вызовут его изменения, дадут животным репродуктивные преимущества. Резник решил проверить эти предсказания.

В озерах, кишащих хищниками, гуппи, жизнь которых проходит быстро, должны быть более успешными, чем те рыбки, которые взрослеют медленно. Под постоянной угрозой гибели для гуппи лучше всего расти как можно быстрее, чтобы как можно раньше начать спариваться и произвести на свет как можно больше отпрысков. Конечно, такая стратегия дорого обходится виду. Слишком быстрый рост может уменьшить естественную продолжительность жизни, а поспешность в производстве потомства не позволяет самке гуппи снабдить детенышей достаточным количеством энергии, и они рискуют погибнуть, не достигнув зрелости. Но Резник рассудил, что риск в любой момент погибнуть от зубов хищников перевешивает все остальные риски.

Чтобы посмотреть, действительно ли происходит такой обмен, Резник выловил в одном из нижних озер, населенных хищниками, несколько гуппи и поселил их в озера, где хищных рыб почти не было. Через 11 лет, проведенных в таких условиях, гуппи стали — в среднем — менее суетливыми в своем жизненном цикле. Взросление стало занимать у них на 10% больше времени, чем у их предков, а весить к моменту наступления зрелости они стали на 10% больше. Кроме того, у них уменьшился объем помета, зато каждая молодая гуппи стала появляться на свет более крупной.

Может показаться, что потратить 11 лет на наблюдения за тем, как рыбки гуппи становятся на 10% больше, — пустая трата времени. Но в истории жизни 11 лет — это крохотная доля мгновения. Скорость эволюции, которую наблюдал Резник, в тысячи раз превосходит ту скорость, которую Джордж Симпсон вычислил по палеонтологической летописи. Симпсон, оценивая скорость эволюционных изменений по ископаемым останкам, мог сравнивать ее только со скоростью эволюции плодовых мушек в лабораториях. При этом никто не мог сказать, можно считать развитие в лаборатории естественным или нет. Но теперь ученые, подобные Резнику, показали, что даже в дикой природе животные могут эволюционировать с невероятной скоростью.

Иногда природа без всякой помощи человека ставит собственные эволюционные эксперименты. В этих случаях биологам остается только наблюдать. После того как Дарвин побывал на Галапагосах, ученые каждые несколько десятков лет возвращаются туда, чтобы заново изучить его загадочных вьюрков. В 1973 гг. супруги-биологи Питер и Розмари Грант, работающие в настоящее время в Принстонском университете, прибыли на острова с целью изучить воздействие естественного отбора на этих птиц.

Погода на Галапагосах обычно меняется по стандартной схеме. Первые пять месяцев года там жарко и дождливо, а затем наступает прохладный сухой период. Но в 1977 г. период дождей так и не наступил. Периодические волнения в Тихом океане, называемые Ла-Нинья, изменили погоду на Галапагосских островах и вызвали катастрофическую засуху.

На островах Дафнии в центре архипелага, где работали Гранты, засуха оказалась просто смертельной. Из 1200 средних земляных вьюрков (Geospiza fortis) погибло больше тысячи. Но Гранты обнаружили, что отбор не был случайным. G. fortis питается в основном семенами, которые расщепляет своим крепким клювом. Мелкие особи могут раскалывать лишь мелкие семена, тогда как более крупные птицы способны раскалывать и более крупные. Через несколько месяцев засухи у мелких G. fortis закончились мелкие семена, и птицы начали гибнуть. Но крупные вьюрки уцелели — они питались семенами, до которых не смогли добраться более мелкие особи. (В частности, речь идет о растении василек колючеголовый, семена которого защищены шипастой оболочкой.)

Пережившие засуху 1977 г. птицы спарились в 1978 г., и Гранты могли своими глазами наблюдать след эволюции на их потомстве. Родилось новое поколение G. fortis, и ученик Грантов Питер Боуг обнаружил, что в среднем клювы у них стали на 4% больше, чем у птиц предыдущего поколения. Большеклювые вьюрки, которые легче перенесли засуху, передали эту свою особенность детям и изменили тем самым генетический профиль всей популяции.