Эволюция: Триумф идеи - Карл Циммер

Прежде всего он составил для жуков эволюционное древо. Выяснилось, что сначала жуки не питались растениями. Вообще, самые примитивные жуки питались грибами и мелкими насекомыми. И сегодня некоторые виды жуков, к примеру, долгоносики, продолжают вести примитивный образ жизни. Но 230 млн лет назад новая ветвь жуков переключилась на питание растениями. Большинства самых обычных растений, к которым мы привыкли, тогда еще не было. К примеру, не было цветковых растений. Ранние растительноядные жуки специализировались на существовавших тогда голосеменных растениях (в эту группу входят хвойные, гингко и саговые пальмы). Питаясь голосеменными, новые группы жуков развились в гораздо большее число видов, чем их родичи, которые питались грибами и насекомыми.

Около 120 млн лет назад начали появляться покрытосеменные, они же цветковые, растения, оказавшиеся значительно более приспособленными и разнообразным, чем голосеменные. По мере того как они развивались, пять разных семейств жуков сумели перебраться с голосеменных на цветковые растения, фаррелл обнаружил, что во всех пяти случаях те жуки, которым это удалось, достигли большего разнообразия, чем те их родичи, что остались на голосеменных. В некоторых случаях разнообразие новых групп жуков умножилось более чем в тысячу раз. Как и предсказывали Эрлих и Рейвен, новые жуки опробовали множество новых способов питания и жизни на новых растениях. Жуки, живущие на голосеменных растениях, специализируются на сосновых шишках или подобных семясодержащих структурах. Жуки, которым удалось перебраться на цветковые растения, начали пробовать разные сорта пищи — кору, листья, корни.

Никто не проверял другие группы насекомых настолько тщательно, но скорее всего там тоже выявилась бы подобная закономерность: секрет успеха — коэволюция с цветковыми растениями. Кроме того, как все хорошие исследования, работа Фаррелла наводит на новое размышление: почему на свете так много цветковых растений? Отчасти ответ, вероятно, заключается все в той же коэволюции. По мере того как насекомые изобретали все новые и новые способы пожирания цветковых растений, те испытывали сильное эволюционное давление и искали способы сдерживания. Одновременно некоторые насекомые, такие как пчелы, развивали с растениями более взаимовыгодное сотрудничество, помогая цветковым опыляться и распространять пыльцу. Возможно, такое сотрудничество помогло им избежать вымирания и породить больше видов. Ученые выяснили, что разнообразие порождает разнообразие.

Жуки и другие насекомые эволюционировали вместе с растениями, которыми они питаются, сотни миллионов лет. В последние несколько тысяч лет мы, люди, внезапно изменили условия их коэволюции: мы окультурили растения и попытались избавить их от насекомых-вредителей. В большинстве случаев мы попытались остановить насекомых, не принимая в расчет реальных процессов коэволюции. В результате значительная часть наших усилий оборачивается бедой или по крайней мере серьезными проблемами. Пожалуй, самое наглядное проявление коэволюции в действии, — стремительный рост резистентности насекомых к пестицидам.

Человек начал окультуривать растения около 10 000 лет назад. Когда первые крестьяне засеяли свои поля чечевицей и полбой, насекомые этого не заметили и продолжали поедать растения на полях точно так же, как до этого поедали их диких предков. Поначалу человек мог только молиться богам об избавлении от вредителей; реально ничего сделать было невозможно. Бывали случаи, когда насекомых даже привлекали к суду. В 1478 г. жуки съели весь урожай вокруг швейцарского города Берна, и в ответ мэр города поручил одному из городских юристов обратиться в церковный суд и потребовать наказания преступников. «Причиняя вред, они наносят ущерб вечному Богу», — жаловались жители города. Жукам тоже был назначен адвокат; защитник и обвинитель сошлись в суде и красноречиво изложили дело. Выслушав обе стороны, епископ вынес решение в пользу крестьян и объявил жуков воплощением дьявола. «Мы обвиняем их и налагаем на них проклятие, — объявил он, — и приказываем им повиноваться и предаем их анафеме именем Отца, Сына и Святого Духа, чтобы они убирались со всех полей, земель, огородов, семян, плодов и прочих продуктов и удалились».

Жуки и не подумали удалиться. Они продолжали как ни в чем не бывало есть посевы. Тогда было решено, что жуки — не воплощение диавола, а наказание, наложенное Господом на крестьян за тяжкие грехи. Как только крестьяне заплатили церкви десятину с того небольшого урожая, который им удалось все же собрать, жуки пропали. Или, может быть, они просто истощили запасы пищи, и численность популяции резко упала — совершенно естественным образом.

Когда не помогли судебные процессы и заклинания, крестьяне прибегли к ядам. Еще шумеры 4500 лет назад начали посыпать свои посевы серой; в Древнем Риме были популярны деготь и жир. Древние земледельцы открыли, что вещества, содержащиеся в некоторых растениях, также способны защитить посевы от вредителей. Греки, прежде чем посадить семена, вымачивали их в настое из огурцов. В XVII в. европейцы начали извлекать из растений, таких как табак, химические вещества, которые оказались еще более мощным средством от вредителей, чем прежние настои. Пиретрины, полученные в 1807 г. из кавказской ромашки, используются в сельском хозяйстве до настоящего времени.

Параллельно с поиском более эффективных пестицидов европейцы устраивали огромные поля и плантации, как в Европе, так и в недавно открытых колониях. Для насекомых как будто накрыли громадные пиршественные столы. Во многих странах начались настоящие эпидемии насекомых-вредителей. Крестьяне начали прибегать к более мощным пестицидам, таким как цианиды, мышьяк, сурьма и цинк; они смешивали медь с известью и получали смесь, известную как парижская зелень. Изобретение аэропланов и опрыскивателей сильно расширило возможности сельских тружеников: теперь пестицидами можно было сплошь обрабатывать целые поля, и к 1934 г. американские фермеры использовали в год 30 млн фунтов серы, 7 млн фунтов пестицидов на мышьяке и 4 млн фунтов парижской зелени.

Около 1870 г. в Сан-Хосе, штат Калифорния, появилось маленькое плодовое насекомое; вероятно, оно было завезено в США с рассадой из Китая. Этот вредитель, получивший название щитовка калифорнийская, быстро распространился по Соединенным Штатам и Канаде, уничтожая по пути под корень плодовые деревья. Садоводы обнаружили, что лучший способ борьбы с новым вредителем — опрыскивать сад смесью серы и извести. Через несколько недель после опрыскивания дерева щитовка на нем полностью исчезала. Известково-серный раствор получил название калифорнийской жидкости.

Однако в начале XX в. садоводы начали замечать, что традиционная смесь серы и извести работает не так уж хорошо. Как правило, несколько особей щитовки на дереве оставалось в живых после опрыскивания, и со временем численность вредителя полностью восстанавливалась. Садоводы долины Кларкстон в штате Вашингтон, к примеру, пришли к убеждению, что производители подмешивают что-то в пестицид и разбавляют его безвредными добавками. Пытаясь гарантировать себе чистый беспримесный яд, они построили собственную фабрику и начали поливать деревья пестицидами местного производства — но щитовка продолжала распространяться, не обращая внимания на новшества. Энтомолог А. Л. Меландер осмотрел деревья и обнаружил, что щитовки припеваючи живут на листьях под толстой коркой высохшего спрея.

Меландер начал подозревать, что махинации с производством яда здесь ни при чем. В 1912 г. он сравнил эффективность действия яда в разных частях штата Вашингтон. Выяснилось, что в Якиме и Саннисайде известково-серный раствор убивает всех щитовок на дереве до последней, а в Кларкстоне от 4 до 13% насекомых остаются в живых. С другой стороны, кларкстонские щитовки, как и насекомые в других частях штата, полностью гибли от другого пестицида, производившегося на основе мазута. Иными словами, кларкстонские щитовки обладали избирательной резистентностью к известково-серному раствору.

Этот любопытный факт заинтересовал Меландера. Он знал, что, если конкретная особь насекомого съест небольшое количество яда, к примеру, мышьяка, у нее может появиться иммунитет к этому яду. Но поколения калифорнийской щитовки сменялись так быстро, что каждое насекомое за свой век успевало пережить лишь одно опрыскивание и никак не могло приобрести иммунитет к яду.

Меландеру пришла в голову радикальная мысль: что если случайная мутация подарила нескольким щитовкам сопротивляемость к известково-серному раствору? Когда садовод опрыскивал свои деревья, в живых оставались эти несколько особей и некоторое количество других, не обладающих резистентностью, но не получивших смертельной дозы яда. Уцелевшие щитовки затем скрещивались, и гены резистентности с каждым поколением получали в популяции все большее распространение. В зависимости от пропорции уцелевших щитовок деревья могли вновь покрыться резистентными или нерезистентными насекомыми. В долине Кларкстон садоводы пользовались известково-серной смесью дольше других садоводов северо-запада США, к тому же они заливали свои деревья ядом практически полностью. Тем самым фермеры сами подталкивали эволюцию самых резистентных щитовок.