Волшебная эволюция

Глава 1 Преимущества и недостатки

На первый взгляд жабовидная ящерица (или рогатая ящерица) скорее похожа на камбалу с ногами, чем на игуану, хотя она относится к подотряду игуанообразных. Благодаря камуфляжной окраске — темные пятна на бежевом фоне — ее плоское тело сливается с песком и сухой каменистой землей Техаса. Снующие рядом лисы обычно не замечают эту ящерицу. А если кто-то ее и заметит, она способна дать отпор.

Жабовидная ящерица оснащена тремя средствами защиты. Во-первых, ее тело сплошь покрыто шипами, а прямо за головой расположены два острых рога, так что жевать такую добычу не слишком удобно. Во-вторых, ящерица способна надуваться подобно иглобрюхой рыбе, которая вмиг превращается в колючий шарик. Однако наибольший интерес представляет третий защитный механизм: жабовидная ящерица умеет стрелять кровью из глаз. Когда ящерица чувствует угрозу (например, если рядом появляется слишком любопытная лиса), отток крови из головы перекрывается, кровяное давление в голове возрастает, капилляры вокруг век лопаются, и из уголков глаз ящерицы брызжет кровь прямо в морду лисице. Пока лиса пытается сообразить, что произошло, ящерицы уже и след простыл. К тому же вкус игуаньей крови лисе противен, и она решает поискать себе на обед что-нибудь получше.

Жабовидные ящерицы маленькие, и при отсутствии защитных средств они стали бы легкой добычей для многих хищников. Очевидно, что ящерица, оснащенная эффективными средствами обороны, обладает явным превосходством. Такая особь имеет больше шансов выжить и вывести многочисленное потомство. Конечно, больно, когда в глазах лопаются сосуды, и раны заживают не сразу, но если на кону жизнь, можно вынести кратковременное страдание. На чаше весов преимуществ больше, чем недостатков.

Ящерицы, чей образ жизни имеет значительные преимущества и несущественные недостатки, обзаводятся многочисленным потомством и передают следующему поколению свои особенности. Выгодные качества передаются по наследству, в то время как вредоносные постепенно исчезают. Игуана, умеющая выпрыскивать кровь из уголков глаз, выживает и производит на свет приплод, способный обороняться таким же способом.

Возможно, некоторые из детенышей этой ящерицы научатся еще более эффективно защищаться от врагов брызгами крови, и эти особи дадут потомство, куда более жизнеспособное, чем его бабушки и дедушки. Не слишком проворных съедят: лиса только рада поживиться нерасторопной добычей. В течение многих поколений, в которых самые успешные оказывались наиболее плодовитыми, способность разбрызгивать кровь из глаз постепенно развивается. В какой-то момент эти игуаноподобные достигают в своем умении поистине экспертного уровня: маленькая ящерица может выпрыскивать кровь на расстояние полуметра. Этот процесс называется естественным отбором.

Слепая пещерная рыба приспособилась к окружающей среде не за счет развития нового качества, а благодаря утрате одной способности. В недрах Мексики расположена сложная система темных пещер; воздух здесь прохладный и влажный, а попадающая извне вода скапливается в небольших подземных озерах. За исключением летучих мышей, здесь почти никто не живет, и ничего не растет: в таком мраке мало кто может найти пропитание. Но пещерной рыбе в этих условиях удалось выжить благодаря переходу на режим жесткой экономии.

Зрение — весьма энергозатратная функция. Энергия требуется не только для функционирования самой сетчатки глаза, но и для мозговой активности, связанной с обработкой полученной от органов зрения информации. К тому же глаза очень ранимы: зрение легко потерять, заразившись опасными для здоровья и жизни инфекциями. Мы с вами ведем активный образ жизни на свету и готовы пойти на многие неудобства ради способности видеть, однако у рыбы, обитающей на дне подземной пещеры, потребность в зрении равна нулю. В конечном счете что мог бы ей сообщить мозг, получающий сигнал от глаз? Разве что то, что вокруг все та же непроглядная тьма.

Примерно пять миллионов лет назад какие-то рыбы, обитающие на территории современной Мексики, заплыли в пещеры и поселились в их недружелюбной темноте. Со временем они утратили способность видеть. Рыбы, которые не затрачивали лишнюю энергию на зрение, могли выживать при более скудном питании и экономить энергию для других целей. Они обзаводились многочисленными отпрысками, у которых зрение было еще менее развито, чем у родителей. Процесс повторялся до тех пор, пока все рыбы в пещерах не ослепли полностью.

Пещерные рыбы ориентируются в пространстве благодаря способности чувствовать малейшие изменения в давлении окружающей их воды. Для охоты им не нужны глаза; они поедают все, что попадается на пути, например экскременты летучих мышей. Эта особенность пещерных рыб нашла отражение и в строении их мозга: отдел мозга, отвечающий за обработку визуальной информации, у них значительно меньше, чем у их сородичей, обитающих в открытых реках. Существует множество изолированных пещер, населенных слепыми рыбами. Маловероятно, что лишенные зрения рыбы выходили на белый свет, чтобы перебираться из одной пещеры в другую, поэтому ученые предполагают, что потеря зрения повторялась и закреплялась многократно у разных линий рыб.

Напрашивается вывод о том, что при естественном отборе вовсе необязательно побеждает сильнейший. Или самый «продвинутый», или «сложносочиненный». Побеждает наиболее приспособленный, то есть имеющий больше преимуществ, чем недостатков. Таким образом, в ходе эволюции могут формироваться как более сложные, так и более простые структуры или навыки, — в зависимости от того, что выгоднее для конкретной среды обитания. Одни только бактерии чего стоят: жизнеспособность этих простейших организмов просто поражает.

У таких видов, как пещерные рыбы, обитающие в специфичной среде на протяжении многих поколений, было предостаточно времени, чтобы выработать у себя полезные качества, необходимые для жизни именно в этой среде. Если вам попадется безглазая рыба, то с большой долей вероятности можно утверждать, что она живет в кромешной тьме. Наблюдая за поведением животных, эволюционный биолог способен сделать довольно точные предположения о том, какие качества и способности важны (или не важны) для данного вида в данной среде. Наблюдение позволяет нам понять, почему животные выглядят и ведут себя именно таким образом.

Утром на острове Мадагаскар туман тяжелой неподвижной пеленой окутывает влажные стволы огромных деревьев тропического леса. В их плотной листве обитают тысячи видов животных. Среди них есть и лемуры; это настоящие эксперты по части жизни на ветвях, ведь они обитают в тропических лесах уже более пятидесяти миллионов лет. Однажды утром на свет появляется малыш, совсем кроха. В серой мгле движется тень. Загораются два желтых глаза. Они пытаются охватить весь окружающий влажный лес и оценить обстановку: нет ли какой опасности?

Детеныш лемура вари ползет по гладкой серо-коричневой ветви. Это маленькая самка, у нее мех густой и пушистый, черный на лбу и спине, белоснежный на ушах и руках; мордочка обрамлена пышной белой бородкой. Она похожа на плюшевого мишку и одновременно на панду. Вот она впервые вылезает из гнезда, прислушивается, оглядывается вокруг, широко раскрыв большие желтые глаза, и принюхивается, подергивая маленьким черным носиком. В тропическом лесу пахнет мокрой землей, мхом и цветами. До сих пор юная самка сидела в уютном гнезде из веток, листьев и собственной шерсти, ее кормили мать и тетки, но теперь она достаточно большая, чтобы искать пропитание самостоятельно. Она отталкивается ногами, прыгает на полметра вперед и оказывается на соседнем дереве.

Лемуры вари проводят большую часть жизни на деревьях, перепрыгивая с ветки на ветку. Некоторые разновидности лемуров, например кошачий лемур, которого легко узнать по полосатому хвосту, нередко спускаются на землю, однако именно на высоте лемуры проявляют свои самые сильные стороны. Отталкиваясь мощными задними ногами, они совершают прыжок и приземляются, обхватив ветку цепкими пальцами. Со стороны перемещение лемуров с дерева на дерево выглядит непринужденным и элегантным.

Как же мадагаскарским лемурам удалось научиться так прыгать? Казалось бы, все понятно: тот, кто умеет хорошо прыгать, с наименьшими усилиями заберется дальше остальных и найдет больше еды. Однако природа редко дает простые ответы. Изучением этой способности прыгать и ее развитием у лемуров занимались, в частности, два британских ученых — Робин Кромптон и Уильям Селлерс. Они замеряли различные показатели прыжков лемуров — высоту, длину, силу толчка. Ученые с удивлением обнаружили, что лемуры используют свои ресурсы отнюдь не оптимально. Техника прыжка лемуров такова, что длина прыжка не соответствует количеству затраченной на него энергии. Иными словами, если бы лемуры прыгали по-другому, они могли бы двигаться быстрее и находить больше еды с меньшими усилиями. Это странное обстоятельство навело исследователей на мысль: прыгая с дерева на дерево, лемуры преследуют вовсе не одну цель — поиск пищи, а несколько.

Совсем скоро нашей юной самке лемура предстоит использовать свое умение прыгать для достижения другой цели. Вот она нашла несколько сочных ягод и теперь медленно их пережевывает. Вдруг раздается предупреждающий крик, лемур настораживается. Раздается шорох, лемур оборачивается, видит чьи-то очертания, и вдруг из густой листвы прямо на нее выпрыгивает крупное животное. Это фосса — похожий на кошку или небольшую пантеру хищник со светло-коричневой шерстью, маленькой головой, круглыми ушами и большими зоркими глазами. Наша самка отталкивается одной из задних лап, отскакивает влево — туда, куда фоссе не добраться. Она стремительно перескакивает с ветки на ветку, с дерева на дерево и оказывается в безопасности.

Главное для лемура — не стать добычей для хищников, и исследование британских ученых доказывает, что лемурам удалось довести до совершенства технику прыжков, которая позволяет передвигаться максимально непредсказуемо. Например, они могут нагружать одну ногу больше другой, чтобы быстро менять направление. Таким образом, приоритет для лемуров вовсе не в дальности прыжка, а в точности и быстроте движений. Деревья тропического леса ломятся от плодов, и всеядным лемурам не нужно перемещаться далеко в поисках пищи. В то же время лемуры, особенно молодые, нередко подвергаются нападению хищников — фосс и крупных птиц.

Наиболее выгодным для лемуров было бы прыгать и непредсказуемо, и энергоэффективно, однако строение мышц и костей, а также сама техника прыжка таковы, что оптимизировать можно лишь что-то одно. Любая способность имеет как преимущества, так и недостатки; поскольку риск погибнуть от зубов хищника выше риска умереть от голода, лемуры на протяжении многих поколений специализировались именно на уходе от хищников, благодаря чему все лучше и лучше приспосабливались к своей среде обитания.

Ученые, посвящающие себя разгадке больших и малых тайн природы, опираются на опыт своих предшественников, которые ранее искали ответы на схожие вопросы. Приступая к очередному исследовательскому проекту, я в первую очередь пытаюсь найти всю информацию, уже имеющуюся в распоряжении науки, и зачастую нахожу полезные данные как в свежих исследованиях, так и в трудах самых первых биологов. Хотя многие ученые заслуживают уважения в этой связи, ни одну книгу об эволюции невозможно написать без упоминания Чарльза Дарвина. Почти вся деятельность современных биологов основана на принципах, заложенных Дарвином в его труде «Происхождение видов», увидевшем свет в 1859 году.

Вплоть до публикации научной работы Дарвина монополия на объяснение загадок природы принадлежала церкви. Бог поместил на Землю человека и животных, все они были приспособлены к своим задачам, поскольку Бог сотворил их именно такими. И точка. Дарвин же, напротив, аргументировал развитие естественным отбором. Хотя его взгляды были приняты научным сообществом не сразу, сейчас мы располагаем убедительными доказательствами того, что Дарвин был прав.

И все же Дарвин знал довольно мало о лежащем в основе эволюции механизме. Только в 1953 году, почти через сто лет после публикации «Происхождения видов», было совершено открытие, относящееся к структуре ДНК. Розалинд Франклин, Джеймс Уотсон, Фрэнсис Крик и Морис Уилкинс выяснили, как устроена ДНК^[2]. После этого открытия стало ясно, как именно наследственная информация хранится и передается потомкам. Когда мы наследуем те или иные качества от своих родителей, происходит копирование их ДНК, то есть генов. Я не стану подробно описывать генетический механизм, скажу лишь, что гены образуют основу, откуда следует все, в том числе и образ жизни животных. Поняв самое главное о генах, мы сможем лучше разобраться в самых странных природных феноменах.

Гены, отдельные участки молекулы ДНК, являются своего рода инструкцией. В них закодирована, то есть прописана, информация о последовательности аминокислот в структуре белков, набор которых определяет все, начиная от цвета глаз и заканчивая даром речи. Жабовидная ящерица разбрызгивает кровь из глаз потому, что в ее генах заложены способности, необходимые для функционирования этого механизма, например способность перекрывать отток крови из головы. Гены располагаются в строго определенном порядке, который называется генóмом. Благодаря сложному взаимодействию миллионов генов внутри генома формируется мышечный каркас, гормоны, нервная система, тип реакции и множество других элементов, сумма которых и составляет модель поведения. Если поведение оказывается полезным, существует высокая вероятность, что отвечающие за него гены передадутся следующему поколению, и тогда, со временем, подобное поведение станет обычным для особей этого вида, поскольку оно будет закреплено в генах. У тех же муравьев-листорезов имеется множество различных генов, благодаря которым муравьи знают, где искать листья, как выстраиваться в колонну, как ухаживать за грибницей; эти гены передаются из поколения в поколение на протяжении миллионов лет.

Группа животных одного вида, проживающих вместе и обменивающихся генетическим материалом, то есть спаривающихся, называется популяцией. Понятия вид и популяция пересекаются, но как правило, вид состоит из нескольких популяций. Например, все проживающие на одном острове лисы составляют одну популяцию. В фокусе внимания эволюции находятся изменения, затрагивающие среднестатистического представителя популяции или вида. Если в Норвегии рождается один человек с очень длинными ногами, это вовсе не означает, что население Норвегии в целом хоть как-то изменилось. Чтобы говорить об эволюционном развитии, должно быть зафиксировано увеличение среднего роста населения. Изменение должно затронуть те гены, которые являются обычными и распространенными.

Существуют три основных способа изменения генов от поколения к поколению: рекомбинация, мутация и селекция. Рекомбинация происходит при спаривании двух организмов, в результате чего потомство получает комбинацию генов обоих родителей. Половина генов достается приплоду от матери, половина — от отца. Так происходит у всех животных, однако иногда случается, что у отпрыска, при объединении свойств родителей, возникают совершенно новые качества, которыми предки не обладали. Такое, например, может произойти, если спариваются представители разных видов и у них рождается потомство. В Южной Америке обитает ядовитая гадюка Bothrops neumedi, яд которой состоит из смеси различных белков. Одни белки вызывают быстрое свертывание крови, другие запускают воспалительные процессы. У предков этой змеи яд был значительно проще по составу и воздействию, однако со временем при спаривании особей с разными свойствами ядов сформировался сложносоставной яд, вызывающий синяки, опухоли и даже смерть клетки у человека, а также способный убить небольшую мышь.

Мутация — это «программный сбой». При копировании генов иногда, по чистой случайности, выходят не совсем идентичные копии, так что генетический материал у потомства немного отличается от родительского. Большинство мутаций незначительны и незаметны для животного в целом, однако некоторые из них могут привести к опасной патологии и даже летальному исходу. Особи с серьезными мутациями зачастую погибают задолго до того, как мать осознает, что беременна. Однако крайне редко, опять же абсолютно случайно, мутация может сыграть в пользу особи. Вдруг появляется ген, наделяющий отпрыска позитивными признаками, которых не наблюдалось у родителей. У этой особи появляются более высокие шансы на выживание, а значит, мутация с большой долей вероятности передастся следующему поколению. С течением времени такие полезные мутации распространяются, в итоге меняя признаки, присущие всей популяции.

Березовая пяденица, маленькая бабочка, оказалась в выигрыше именно благодаря удачной мутации. В конце XVIII века индустриальная революция в Англии ощутимо сказалась на экологической обстановке. В некогда чистом и свежем воздухе витала взвесь пыли и грязи, а линия горизонта едва читалась сквозь охристый туман. Белые стволы деревьев почернели. Для пядениц это стало настоящей бедой. Прежде на белых крыльях пядениц были черные пятнышки, такая окраска позволяла им сливаться с белой корой берез во время сна. Но теперь этот камуфляж не мог скрыть их от голодных птиц. Множество беззащитных бабочек погибло, однако в начале XIX века произошло кое-что необычное: на свет появилась черная березовая пяденица^[3]. Своим обликом они были обязаны ошибке: целый отрезок цепочки ДНК оказался не на своем месте, так что в геноме закрепился код, отвечающий за несколько иные белки. Как следствие, изменилась выработка пигмента на крыльях. Черная пяденица вышла победителем, дала многочисленное потомство, и измененный геном распространился по популяции березовых пядениц Англии. Впервые черная березовая пяденица была зарегистрирована в 1848 году в Манчестере, а к концу XIX века почти все березовые пяденицы в этом городе стали черными.

Еще один способ изменения наследственного материала отдельно взятого вида называется селекцией. По наследству передаются все гены, но каждый потомок получит не все гены родителя, а только часть их. В отличие от мутации, при которой может появляться абсолютно новый генетический материал, селекция подразумевает воздействие на существующий геном. У каждого вида имеется масса непохожих генов. Если приглядеться к воробьям в городском парке, можно заметить, что все они чем-то отличаются друг от друга: у одного перья темные, у другого светлые, у одного крылья покороче, у другого подлиннее. В основе некоторых из этих вариаций лежат условия взросления (птицы, которые сытнее питаются, вырастают крупнее), однако значимо и то, что у разных особей геном состоит из разных генов. Если какие-то из генов чаще других репродуцируются у последующих поколений, со временем меняется и вид в целом. Именно это и произошло в случае с березовыми пяденицами.

В английской популяции березовых пядениц на момент 1900 года существовало несколько разных генов, отвечающих за окраску. Большая часть бабочек была черной, однако по-прежнему появлялись на свет и белые особи. В течение XIX века экологическая обстановка продолжала меняться: в Англии были введены жесткие нормы выбросов вредных веществ, что привело к постепенному очищению воздуха и восстановлению прежней экологии. Деревья вновь стали светлыми, и преимущество оказалось на стороне белых березовых пядениц. Птицы уже не могли с прежней легкостью находить белых бабочек, ранее проигрывавших своим черным сородичам. В период с 1959 по 1984 год доля белых особей в английском городе Вест-Кирби увеличилась с 6 до 30 % от всей местной популяции, а в 2003 году почти по всей стране 90 % пядениц были белыми и только 10 % черными. Таким образом, после первого появления мутации популяция в целом тяготела то к белой вариации, то к черной, то снова к белой, — в зависимости от того, какая окраска оказывалась наиболее пригодной для жизни в окружающей среде. Помимо генетических изменений, на поведение может также влиять обучение и опыт. Но выработанные в ходе обучения качества вовсе не обязательно передаются по наследству, а значит, они не становятся частью эволюционного процесса так, как генетически детерминированное поведение. В конце книги мы вернемся к вопросу обучения (а также эволюции способности к обучению), и я расскажу о том, как животные приспосабливаются к быстрым изменениям окружающей среды.

Нам всем хорошо известно, что у любого выбора и образа жизни есть как преимущества, так и недостатки. Мало кому из нас доводится принимать решения, имеющие исключительно положительные последствия. Высокооплачиваемая работа оборачивается для нас высоким уровнем ответственности и стресса, а собственный дом за городом — длинной дорогой до ближайшего кинотеатра. В мире животных дела обстоят точно так же. Чтобы обороняться от хищников, превосходящих в размере их самих, жабовидным ящерицам приходится применять защитный механизм, который впоследствии заставляет их страдать от кровоточащих ран. Чтобы найти пищу в скупых водах подземных пещер, мексиканские пещерные рыбы вынуждены жить в режиме строгой экономии, отказавшись от всех лишних способностей, включая зрение. Для лемуров главное — спастись от хищников, так что они просто обязаны поддерживать спортивную форму. Березовым пяденицам выгодно быть белыми, если воздух чист, и черными, если он сильно загрязнен. Любая среда предъявляет собственные требования к своим обитателям, а значит, животные приспосабливаются к жизни очень по-разному.

Глава 2 Необыкновенные пищевые привычки

Станет ли то или иное поведение удачным, а его носитель хорошо приспособленным, зависит не только от самой среды обитания, но и от действий других особей. В природе идет беспрестанная борьба за ресурсы, и каждый пытается найти уникальный способ их освоения без необходимости делиться добычей с другими. Именно поэтому в мире существуют миллионы неповторимых стратегий выживания и, следовательно, миллионы уникальных видов.

В Северной Америке обитает необычная бабочка под названием данаида монарх. Ее ярко-оранжевые крылья с черными прожилками окантованы причудливым узором из белых точек на черном фоне. В августе некоторые из них мигрируют на север, в Канаду. Дело в том, что гусеницы бабочек монархов питаются листьями ваточника. Это растение содержит яд, который и поглощают гусеницы, и он сохраняется в их теле, когда они становятся бабочками. Яд не опасен для самих бабочек, а вот птицы не станут есть насекомых, полных горькой отравы. Ваточник обеспечивает данаидам защиту от хищников, однако цена этого узкоспециализированного образа жизни очень высока.

Осенью ваточник отмирает, и скатерть-самобранка сворачивается. Надвигается суровая канадская зима, а при заморозках бабочки монархи обречены на верную гибель. Чтобы выжить, они вынуждены мигрировать в теплые края. Сотни тысяч особей сбиваются в огромную стаю и преодолевают расстояние свыше четырех тысяч километров, пересекая США с севера на юг, пролетая над кукурузными полями, реками и автомобильными дорогами, пока наконец не находят подходящее место для зимовки в горах Мексики.

Там данаиды монархи живут всю зиму. Чтобы не замерзнуть, они скучиваются на деревьях, и порой в этом волшебном оранжевом лесу под весом тысяч ярких бабочек трещат ветви. Так монархи существуют вплоть до самой весны, с приходом которой они снова мигрируют на север. Тем же самым особям, которые еще недавно вернулись на юг, вновь предстоит долгий путь. Они летят примерно до Техаса, где останавливаются, чтобы отложить яйца на молодые побеги ваточника. Им уже не суждено продолжить путь: здесь все взрослые бабочки умирают.

Вылупляется новое поколение; оно питается ваточником, растет и затем отправляется в путь. Бабочки летят на север, следуя за весенним цветением ваточника. Через несколько тысяч километров они приземляются и откладывают яйца. Теперь приходит и их черед умирать, хотя они прожили от силы месяц-два. Тем временем их потомство набирается сил и летит дальше. Это повторяется три-четыре раза, так что добравшиеся до пункта назначения особи приходятся правнуками тем, кто зимовал в Мексике. Последнее поколение вылупляется уже в Канаде, гусеницы наедаются листьями ваточника и, превратившись в бабочек, спасаясь от наступающей зимы, отправляются обратно на юг, подгоняемые попутными ветрами.

Специализация на ваточнике как на основном источнике питания дает данаидам монархам значительное преимущество: яд защищает их от хищников. Однако необходимость регулярно мигрировать с севера на юг и обратно ставит под сомнение разумность этой стратегии выживания. Все-таки четыре тысячи километров для маленького насекомого — это очень много, хотя каждая отдельно взятая особь пролетает только часть пути. Чтобы не замерзнуть насмерть в Канаде, бабочки вынуждены каждую осень улетать на юг, а затем снова возвращаться на север в поисках ваточника. К слову, ваточник произрастает и в Мексике, так почему бы не оставаться там весь год?

На самом деле многие бабочки монархи так и поступают. Мигрирует только один из подвидов, а остальные обитают в южных районах круглый год. Однако на юге конкуренция за пищевые ресурсы очень высока, а на богатом ваточником севере у данаид практически отсутствуют соперники. Когда перед тобой расстилается такая скатерть-самобранка, дальнее путешествие оказывается более чем оправданным. Когда есть все шансы найти еду, на которую никто, кроме тебя, не претендует, игра стоит свеч.

Ученые выяснили, что мигрирующие бабочки монархи летают более эффективно, чем их собратья-домоседы, то есть на каждый преодолеваемый метр они затрачивают меньше энергии; зато у оседлых подвидов наблюдается более сильный взмах крыла. Вместо дальних полетов оседлые бабочки используют энергию на другие задачи: возможно, как и лемурам, им важнее избегать хищников. Хотя бабочки монархи невкусные, среди птиц все-таки находятся желающие поживиться ими.

Самое удивительное в миграции данаид монархов то, что отправляющиеся на юг особи никогда там не бывали. Они приходятся правнуками или даже праправнуками тем бабочкам, что мигрировали с севера на юг годом ранее. Откуда же им знать, куда лететь? Ответ на этот вопрос кроется в генетическом детерминизме. Информация о пункте назначения наследуется от родителей. Двое ученых из канадского Университета Куинс, Хенрик Моуритсен и Барри Фрост, поместили бабочек монархов в контейнер-симулятор, в котором вырабатывался искусственный солнечный свет. Фиксируя направление полета бабочек в зависимости от задаваемых условий, ученые заметили, что бабочки хорошо ориентировались в пространстве при различном положении источника света, но оказывались сбитыми с толку при выключенном «солнце». Ученые пришли к выводу, что бабочки монархи инстинктивно используют солнце в качестве основного ориентира.

Каменка обыкновенная — еще один пример живого существа, смирившегося с высокой «ценой» своего уникального рациона. Эта маленькая серая птичка с черной, как у грабителя, «маской» на голове зимует в тропических районах Африки. Летом каменки отправляются в Арктику, где все кишмя кишит аппетитными насекомыми, что наделяет смыслом дальний перелет на север весной и обратно на юг осенью. Ставки высоки, но цель оправдывает средства. Чтобы насладиться арктическим пиршеством, некоторые каменки летят из Восточной Африки до самой Аляски, преодолевая почти пятнадцать тысяч километров в каждую сторону.

Перелетные птицы издавна поражали воображение людей, и задолго до того, как мы начали изучать миграцию птиц, существовали самые фантастические объяснения исчезновения птиц зимой. Птицы превращались в мышей, прятались в подземном убежище, улетали на Луну. Эти вымыслы бытовали вплоть до 1822 года, когда немецкие охотники подстрелили аиста, в шее которого застряла стрела. Охотники разузнали, что такие стрелы были в ходу у некоторых африканских племен; получается, аист прилетел из самой Африки, чудом выжив, несмотря на проткнувшую его стрелу! Это навело охотников на мысль, что птицы (или, по крайней мере, аисты) зимой улетают в теплые края. Чучело этого легендарного аиста можно увидеть в собрании Ростокского университета. Под экспонатом значится: «Ростокский аист со стрелой» (нем. der Rostocker Pfeilstorch).

В отличие от бабочек монархов, птицы ориентируются не только по солнцу. Индиговый овсянковый кардинал (североамериканская ярко-синяя птичка размером с синицу) сверяется со звездным небом. Мы знаем это благодаря исследованию американского ученого Стивена Эмлена. Он поместил особей кардинала в планетарий и наблюдал за направлением их полета: птицы следовали «на юг», ориентируясь на ложные звезды, расположение которых не совпадало с фактическим югом. Разные виды используют разные ориентиры. Так, многие животные определяют направление в зависимости от изменения магнитного поля Земли. Это позволяет им перемещаться в темноте и тумане.

Важно понимать, что существует разница между унаследованным и приобретенным поведением. Птенцы американского журавля (это крупная белая птица с длинными ногами и красной головой) учатся у взрослых особей, за которыми они следуют в своем первом дальнем перелете. А вот бабочкам монархам приходится находить верный путь самостоятельно, имея в качестве карты один лишь наследственный материал. Когда каждая особь того или иного вида живет много лет, вполне разумно перенимать опыт родителей, бабушек и дедушек, однако короткоживущие виды располагают только генетической информацией. Также складывается впечатление, что отдельные виды используют сразу несколько ориентиров (например, и солнце, и магнитное поле), так что у них есть запасной вариант на случай «неисправности» первого. Таким образом они увеличивают свои шансы вовремя добраться до источника пищи.

Вовсе не обязательно отправляться далеко, чтобы найти пищу, на которую не претендует никто другой. Вполне достаточно выбрать корм, недоступный для остальных. В норвежском хвойном лесу обитает клест, маленькая красно-коричневая птичка, чем-то похожая на зяблика. В отличие от зяблика, который питается семенами с земли, клест подходит к вопросу питания более творчески.

Хвойный лес полон шишек, а шишки полны семян. Большую часть года семена спрятаны в самой глубине твердых плодов, и пока чешуйки не раскроются, семена остаются недоступными для большинства птиц. А вот клест, как следует из его названия, примечателен особым, крестообразным, строением клюва: надклювье и подклювье скрещиваются между собой, а их острые концы выдаются по бокам клюва.

Стоит клесту найти подходящую шишку, как он цепляется за нее своими цепкими лапами, втыкает клюв между чешуйками шишки и раздвигает их. Крестообразный клюв позволяет не только отделить чешуйки друг от друга, но и прикладывать усилие, не рискуя сломать клюв: благодаря его загнутой форме давление распределяется более равномерно, чем при прямом клюве. Клюв раскрывается, щель между чешуйками увеличивается, и спрятанное в сердцевине семя оголяется. Клест высовывает свой длинный язык и осторожно захватывает семечко.

Клест — единственная птица, способная добывать хвойные семена таким изобретательным образом. А значит, хотя в лесу обитает множество других видов, только клест имеет доступ к семенам закрытых шишек. Возможно, питаться семенами с земли, подобно зяблику, было бы гораздо легче, но и конкуренция за этот корм слишком высока. Вместо борьбы клест предпочитает потратить дополнительные усилия и получить «индивидуальное меню».

Для животных, ведущих узкоспециализированный образ жизни, как те же бабочки монархи или клесты, скрещивание с другими видами может привести к потере уникальных признаков, важных для выживания. Если бы клест спарился с зябликом, на свет появился бы гибрид, похожий отчасти на клеста и отчасти на зяблика. Вероятно, он бы попытался добывать семечки из шишек так, как подобает клесту, поскольку это заложено в его генах, однако своим прямым, как у зяблика, клювом он не сумел бы ничего добыть и погиб бы от голода.

Такие неудачные комбинации дают потомство, которое «застревает» между двумя образами жизни и поэтому выживает с огромным трудом. Именно во избежание такого исхода каждый вид держится обособленно и избегает спаривания с чужаками. Чтобы привлечь потенциальных партнеров собственного вида, животные издают специальные звуки и применяют узнаваемые модели поведения, а также демонстрируют характерные черты своей внешности. Таким образом в природе сохраняется огромное разнообразие обособленных видов, каждый из которых использует собственные ресурсы для выживания.

Глава 3 Вместе надежнее

Хотя бабочки монархи имеют узкоспециализированный рацион и не конкурируют за пищу с другими видами, им, живущим большими стаями, приходится конкурировать друг с другом. Один из главных минусов стайного образа жизни как раз в том, что приходится делиться едой с другими. Однако есть и плюсы: вероятность того, что из всей стаи хищная птица съест именно тебя, гораздо ниже. Для бабочек монархов, как и для многих других стайных существ, жизнь в коллективе дает гораздо больше преимуществ, чем имеет недостатков; существование бок о бок с сородичами может быть выгодным и для животных более эгоистичного склада, чей приоритет прежде всего — собственное выживание.

В африканской пустыне Калахари обитают сурикаты. Сурикаты — это небольшие хищные млекопитающие, живущие колониями. Тимон из известного мультфильма «Король Лев» был одним из них. Сухая земля пустыни скрывает в себе множество питательных насекомых, и сурикаты в поисках добычи то и дело зарываются головой в песок.

Но когда охотишься, засунув голову в песок, вокруг ничего не видно. В любой момент сзади может подкрасться голодный лев, ловко маскирующийся благодаря своей золотистой шкуре. Поэтому разумно объединяться с сородичами в команду. В колонии сурикатов кто-нибудь всегда стоит на страже: дежурный находит хороший наблюдательный пункт, например большой камень, и встает на него в полный рост. Он осматривается в поисках опасности и одновременно издает негромкие звуки, чтобы остальные понимали, что тылы прикрыты, и могли спокойно сконцентрироваться на еде.

Заметив опасность, часовой издает громкий крик, и вся колония вмиг готова к бегству. Швейцарский биолог Марта Мансер вместе с американскими коллегами выяснили, что с помощью разных звуковых сигналов сурикаты предупреждают собратьев о разных видах хищников (например, о змеях и птицах) и о направлении их движения, чтобы сородичи могли адекватно среагировать. Круговая порука увеличивает шансы на выживание.

Как же сурикаты назначают часового? Будь кто-нибудь из колонии эгоистом, он бы всячески отлынивал от дежурства, чтобы вдоволь наесться. Однако если бы «откосить» пытался каждый и никто не стоял бы в дозоре, все зарывшиеся в песок сурикаты оказались бы как на тарелочке у голодных львов. Но какой смысл нести вахту и голодать, когда на карауле уже кто-то есть? Разумнее всего меняться, — и именно так поступают сурикаты. Они смотрят, чем заняты другие, и просто заступают на пост, если обстановка того требует.

Исследователи также заметили, что если сурикату дать больше еды, чем обычно, он будет нести вахту дольше. Сытому сурикату важнее не попасться на обед хищнику, чем поесть самому, поэтому он охотнее стоит на страже, нежели роется в песке в поисках еды. Бдительные животные быстрее других распознают приближающуюся опасность и имеют больше шансов спастись от зубов хищника. Как показывает одно исследование (что, впрочем, неудивительно), гепарды почти всегда нападают на самую рассеянную газель, в то время как особям, держащим ухо востро, зачастую удается унести ноги. Получается, отлынивать от дежурства не так уж и выгодно.

Чем больше особей живут вместе, тем легче разделить ношу караула. Роберт Кенуорд, биолог из Оксфордского университета, провел в 1978 году эксперимент, в ходе которого он отправлял прирученного ястреба-тетеревятника охотиться на стаи вяхирей различной численности. Ученый заметил, что охота на небольшие стаи зачастую оказывалась успешнее. Большим стаям удавалось улететь быстрее, чем малым, поскольку шанс, что кто-то из вяхирей заметит приближающегося ястреба, был выше. Этот же принцип работает и в случае сурикатов. Но не стоит забывать, что в многочисленной группе делиться едой приходится со всеми собратьями.

Таким образом, система безопасности в колонии сурикатов основана вовсе не на альтруистическом желании кого-то из особей пожертвовать собственной сытостью ради защиты остальных, а, напротив, на эгоистических решениях каждой особи, совокупность которых в итоге идет на пользу всем. Безусловно, в мире существуют виды, готовые пожертвовать собой ради других (об этом я расскажу в десятой главе), однако большинство животных в первую очередь заботятся о себе и о своем прямом потомстве.

Хотелось бы верить, что животные готовы приносить себя в жертву ради «всеобщего блага», ведь более «сильный» вид, состоящий из бескорыстных особей, способен доминировать над более «слабым» видом. Однако не стоит забывать, что на исчезновение одних видов и появление новых уходит очень много времени, зачастую миллионы лет. Эгоистические потребности особей, а также генов, как правило реализуются немедленно, тогда как закрепление новых наследственных поведенческих признаков может произойти лишь спустя много поколений. Хитрый рвач быстрее других обзаведется многочисленным потомством, и именно эти гены распространятся задолго до того, как вид, к которому он принадлежит, начнет доминировать над другими видами. Таким образом, в природе куда более важную роль играет не «всеобщее благо» целого вида, а «личное благо» отдельно взятой особи, то есть «личное благо» генома.

В этом смысле люди устроены иначе: мы способны на долгосрочное планирование и умеем мириться с временными неудобствами во имя интересов будущих поколений. Остальные животные живут настоящим, и их мало заботит жизнь вида как такового. Тем не менее взгляды ученых на важность внутривидовых изменений расходятся. За последние годы появился ряд новых исследований, доказывающих, что эволюция на уровне вида, вероятно, имеет гораздо большее влияние на развитие многообразия в природе, чем было принято считать ранее.

В стайной жизни, наравне с взаимным присмотром, есть масса других преимуществ. Например, вместе теплее спать, легче защищать свою территорию и нападать на крупную добычу. И все же в стайной жизни есть свои недостатки, помимо необходимости делиться едой, о которой мы упоминали выше. В стае быстрее распространяются паразиты и инфекционные заболевания, а хищникам гораздо легче заметить издалека группу животных, чем одну особь. К тому же групповая жизнь требует координации: животные вынуждены сотрудничать между собой, иначе неизбежны столкновения и конфликты. Когда муравьи-листорезы отправляются на поиск листьев, муравейник одновременно покидают и возвращаются в него тысячи особей. Чтобы избежать столкновений, муравьи разработали целую систему магистралей, движение по которым строго организовано. Получается, что существа, которых мы привыкли считать менее разумными, чем мы сами, на самом деле способны к сложному взаимодействию. Как им это удается?

Над болотистыми землями Англии медленно садится солнце. Февраль. С запада дует холодный ветер, и казалось бы, даже самым стойким орнитологам пора спешить домой греться. Но нет, наблюдатели все прибывают, с наступлением сумерек «партер» полон вооруженных биноклями и камерами зрителей. Все они хотят стать свидетелями потрясающего природного явления — вечернего «танца скворцов».

Сначала появляются отдельные черные птички; они сбиваются в небольшую стайку и начинают летать, как кажется, по случайной траектории. Затем к ним присоединяются все новые и новые участники, и вот уже сотни тысяч черных точек образуют целую тучу. Она скользит по огромным дугам, вдруг стремительно падает вниз, снова взмывает ввысь. Подобно привидению, этот гигантский живой организм извивается на фоне угасающего неба. Так продолжается где-то полчаса, после чего все птицы почти одномоментно успокаиваются и опускаются в камыши.

Стаи птиц и рыб, двигающиеся словно единый организм, неизменно производят сильное впечатление на наблюдателей. В 1931 году орнитолог Эдмунд Селус высказал предположение, что эти живые существа согласуют свои движения за счет передачи мыслей на расстоянии. Такое скоординированное поведение до сих пор остается отчасти загадкой, однако исследователям удалось найти более логичное объяснение, нежели телепатия.

Британский ученый Иэйн Коузин совместно с немецкими коллегами исследуют мурмурацию (скоординированное движение) в больших стаях с помощью современных технологий. В специальный аквариум с виртуальной реальностью они помещают управляемую 3D-модель рыбы и наблюдают за реакцией на нее настоящих рыб. Подобный подход команда ученых использует и в работе с мышами и дрозофилами. Также они снимают на видео стаи животных в дикой природе, а затем анализируют полученные записи при помощи компьютерных программ, которые фиксируют каждую особь и отслеживают ее перемещение. Эти методы позволяют собирать множество данных о движении особей относительно друг друга, и данные, в свою очередь, используются в статистических моделях. Команда Коузина доказала: если знать, какая из рыб начнет движение первой (например, в случае обнаружения хищника), можно спрогнозировать перемещение всего косяка. Рыбы оказывают прямое влияние друг на друга и немедленно реагируют на поведение особи так, что каждый копирует своего соседа. Рыба не «задумывается» над тем, что вздрагивание «прикатилось» от дальнего сородича на другом конце косяка, она просто повторяет движение своего ближайшего соседа.

Таким образом, движением стаи не управляет один-единственный вожак, и коллективная самоорганизация не связана с телепатией. Каждая отдельно взятая особь ориентируется исключительно на своих соседей. Итальянские ученые, изучавшие мурмурацию скворцов над Римом, выяснили, что каждая птица следит за действиями ближайших шести-семи соседей, независимо от расстояния до них, и согласует с ними собственное движение. Если одна из птиц меняет направление полета, ее примеру следуют соседи, а затем направление постепенно меняет и вся стая.

Такая система взаимодействия подразумевает множественные случаи «ложной тревоги», ведь никто не проверяет, был ли у крайней птицы или рыбы реальный повод вздрогнуть и шарахнуться в сторону. Коузин утверждает, что мозг рыбы образует ошибочные связи в каждом третьем или четвертом случае, а это означает, что рыба нередко начинает движение без объективной причины. И хотя вероятность того, что отдельно взятая особь повторит движение, повышается, если большинство из ее соседей резко бросятся в сторону (а это обычно происходит при возникновении реальной опасности), движения рыбьего косяка во многом оказываются избыточными. Но ничего страшного в этом нет, ведь это не требует чрезмерной энергии. Гораздо опаснее не среагировать, когда это следовало бы сделать, так что ради спокойствия все предпочитают сверяться со своим окружением. Преимущества ориентации на соседей значительно перевешивают недостатки. Так, благодаря эгоистичным действиям отдельных особей формируются большие стаи животных, а мурмурация птиц и рыб, образующих динамические объемные фигуры, не перестает поражать наше воображение.

Глава 4 Новые открытия, новые виды

Никогда не знаешь, что именно в ходе эволюции окажется полезным. Развитие жизни на Земле связано с процессами проб и ошибок за счет случайных мутаций и комбинаций генов. И зачастую появления нужной комбинации приходится ждать довольно долго. Если попытка оказывается успешной и неожиданно появляется выгодный признак, могут возникнуть условия для возникновения нового образа жизни и использования неизведанных ресурсов. Только представьте, какое количество новых профессий появилось с открытием электричества! Подобные важные «открытия» происходят и в природе.

Токийский залив, 1944 год. Поверхность воды спокойна, но в темных глубинах моря разворачивается драма. Американская подводная лодка вторглась в японские воды с целью атаки на японские военные корабли и танкеры. Перед командой подлодки стоит непростая задача: двигаться достаточно стремительно, чтобы нанести удар, но при этом оставаться незамеченными. Американцы знают, что японские гидрофоны (приемники подводных звуков) могут обнаружить их в любой момент. Подлодка берет курс на коралловый риф, у которого можно укрыться и выждать наиболее удачный момент для атаки. Между тем японцы делают все возможное, чтобы разыскать американскую подлодку, ведь им известно, что враги уже проникли в залив. Чтобы защитить большой танкер, направляющийся из залива в открытое море, японцы должны корректно толковать сигналы гидрофона, однако аппарат выдает только шум. Единственное, что они слышат, — это треск, который то усиливается, то ослабевает в зависимости от места. Японцы пытаются отправить в залив аквалангистов, но из-за американских мин разведка оказывается практически невозможной. И вот подлодка выходит из своего укрытия у рифа и наносит торпедный удар по танкеру. Огромный танкер — гордость и надежда японцев — уходит на дно.

Вы тоже можете услышать этот таинственный треск, если опустите голову под воду. Особенно отчетливо он слышен в тропических водах. Этот звук напоминает отдаленный шум мотора или шипение масла на сковороде, однако его издает не моторная лодка и не человек. Японские гидрофоны оказались сбитыми с толку небольшими ракообразными.

Этот загадочный звук издают раки-щелкуны. На самом деле это не треск, а серия многочисленных резких ударов, которые наносят раки во время охоты. Рак-щелкун выглядит как маленький бледный омар, его длина составляет всего несколько сантиметров. Как и десятиногие ракообразные, он вооружен двумя клешнями, по одной с каждой стороны. Однако в отличие от остальных раков, одна из его клешней — обыкновенная, а другая, гораздо большего размера, напоминает пистолет. На обеих клешнях имеются два «пальца», которые могут смыкаться и размыкаться, подобно большому и указательному пальцам на руке человека. Малая клешня используется только для еды, а вот большая наделена суперспособностью: она защелкивается с чудовищной силой и производит звук громкостью свыше двухсот децибел! Для сравнения: громкость выстрела пистолета составляет примерно сто пятьдесят децибел. Таким образом, раки-щелкуны относятся к самым громким жителям океана.

Если вы хоть раз пробовали хлопнуть в ладоши под водой, то вас наверняка удивляет, как крошечное существо может издавать столь громкий звук. Когда рак защелкивает клешню, вода между ее «пальцами», называемыми дактилями, выстреливает вперед мощной струей. В вакууме, образовавшемся позади струи, то есть между дактилями, давление резко падает, и формируются пузырьки воздуха. Пузырьки стремительно разрастаются и заполняют то пространство, которое мгновение назад занимала вода. Когда же разница давления внутри пузырьков воздуха и в воде достигает критического предела, пузырьки схлопываются с оглушительным треском. Вдобавок к звуку в момент схлопывания пузырьков выбрасывается колоссальная энергия: температура внутри пузырьков за миллисекунды достигает пяти тысяч градусов по Цельсию (что примерно соответствует температуре на поверхности Солнца), и происходит микровспышка света. Рак-щелкун — один из двух известных нам видов животных, способных вызывать световую вспышку с помощью звука (похожей техникой щелканья клешнями владеет рак-богомол, но по силе он уступает щелкуну).

Однако для самого рака-щелкуна важны вовсе не температура и не свет, а сам звук. Ударная звуковая волна оглушает и даже убивает плавающую вокруг мелкую рыбу, которую рак затем преспокойно подбирает и поедает при помощи своих разновеликих клешней, орудуя ими словно ножом и вилкой. Таким образом, раки-щелкуны владеют собственным незаурядным способом охоты.

Максимально близко подобраться к ракам-щелкунам мне довелось в гостях у одного знакомого, у которого дома стоял аквариум с морской водой. Населявшие его мелкие рыбки вдруг начали умирать одна за другой. Мой приятель ума не мог приложить, что случилось. Он тщетно проверял температуру воды, уровень pH и солености. И вот его внимание привлекло небольшое существо, которое, видимо, все это время жило и росло в аквариуме. Им оказался рак-щелкун! Скорее всего, рак попал в аквариум вместе с песком и начал убивать самых мелких рыбешек своей клешней-пистолетом. Мой приятель выловил хищника сачком и тем самым спас от гибели оставшихся рыбок. Вдобавок он наконец избавился от надоедливого звука, который то и дело беспокоил его в спальне.

И все же клешня-пистолет для рака-щелкуна — не только орудие убийства. Это и приспособление для рытья нор в морском дне, и инструмент коммуникации с сородичами. Щелкуны обыкновенно живут колониями (как, например, на коралловом рифе в Токийском заливе), что позволяет им совместными усилиями отпугивать врагов. Получается, что клешня-пистолет дает множество преимуществ и практически не имеет недостатков. Разве что ракам приходится затрачивать довольно много энергии на активный рост после вылупления из икры, а затем — на само щелканье.

Существуют сотни видов раков-щелкунов, ведь эта удивительная способность щелкать клешнями распространилась по всему миру. Исследователи Томонари Кадзи и Ричард Палмер совместно с другими коллегами изучали щелканье при помощи сверхвысокоскоростной камеры и другого инновационного оборудования. Сравнив свыше сотни видов раков-щелкунов между собой, они пришли к выводу, что изначально у этого вида была простая клешня, напоминающая наш большой и указательный пальцы. Примерно сто шестьдесят миллионов лет назад клешня начала развиваться таким образом, что верхний дактиль («указательный палец») несколько отделился от сустава и теперь мог скользить вдоль внешнего края верхней части сустава, фиксируясь в открытом положении. При закрытии сустава задействуется двухчастная мышца. Одна часть мышцы тянет верхний дактиль к нижнему и заставляет его напряженно дрожать у самого края, готовясь захлопнуться в любой момент. Когда же вторая часть мышцы подталкивает дактиль вперед, он оказывается вытолкнутым через край. В этот момент, буквально за миллисекунду, накопившееся напряжение высвобождается с чудовищной силой. Бах! Дактили захлопываются, давление резко падает, температура поднимается, происходит вспышка света и удар звуковой волны.

Рак-щелкун — яркий пример того, как новое приспособление благоприятствует стремительному возникновению новых видов. Способность фиксировать клешню в открытом положении и тем самым наращивать напряжение — очень ценная способность, дающая массу преимуществ и практически не имеющая недостатков, поэтому неудивительно, что она передается по наследству от поколения к поколению у многих видов раков. Когда же раки-щелкуны расплодились в огромных количествах, возникли условия для дальнейшей адаптации и стали появляться новые виды. Одни раки-щелкуны обитают на коралловых рифах, другие — в пещерах, третьи — в тропических районах Индии, четвертые — в более прохладных водах Средиземного моря.

Один из моих преподавателей, британский исследователь Питер Мэйхью, участвовал в изучении стремительного видообразования среди насекомых. Что помогло насекомым распространиться по всему миру и привело к возникновению невероятного количества их видов? Мэйхью с коллегами пришли к выводу, что за этим стоит способность к полному превращению^[4] (голометаморфозу). Это означает, что насекомые проходят через несколько абсолютно непохожих стадий развития (например, гусеница превращается в бабочку). Благодаря этому насекомые могут использовать несколько разных ресурсов в течение жизни и питаться, к примеру, листьями в состоянии гусеницы и нектаром в состоянии бабочки. Они также могут концентрироваться на разных задачах: гусеница — это машина по переработке пищи, цель которой — быстро расти, тогда как бабочка расходует большую часть своей энергии на полеты в поисках партнера. Способность к полному превращению лежит в основе того грандиозного всплеска видообразования насекомых, результаты которого мы наблюдаем. Считается, что от 45 до 60 % всех видов насекомых, населяющих планету сегодня, обладают способностью к голометаморфозу.

Быстрое возникновение многочисленных новых видов также возможно в связи с «открытием» новых географических зон. Примерно два миллиона лет назад небольшая стая вьюрков, подгоняемая сильным ветром, летела над океаном. В какой-то момент стая достигла группы пустынных островов — Галапагос. Этот вулканический архипелаг возник посреди Тихого океана по меркам общей геологической шкалы сравнительно недавно. В то время острова были практически не заселены, на них обитали немногочисленные виды животных. Тем не менее на островах произрастало довольно много разнообразных растений, пригодных в пищу для вновь прибывших птиц. У некоторых вьюрков сформировался мощный толстый клюв, которым удобно раскалывать большие и твердые семена, тогда как у других клюв стал тонким и острым, чтобы было удобнее прокалывать кактусы и выклевывать мякоть. За довольно короткий период времени появились виды, приспособившиеся к разным видам пищи. Эта группа птиц называется галапагосскими вьюрками, или вьюрками Дарвина, поскольку молодой Чарльз Дарвин уделял большое внимание изучению этих птиц в ходе разработки своей теории естественного отбора. Сегодня, в зависимости от классификации, насчитывается порядка пятнадцати подвидов галапагосских вьюрков.

Вьюрки Дарвина — классический пример быстрого видообразования. Зачастую это бурное развитие объясняют отсутствием конкурирующих птиц, способных использовать разнообразные ресурсы острова. Однако это не всегда верно. За несколько тысяч лет до появления на архипелаге вьюрков здесь поселился другой вид птиц, а именно галапагосский пересмешник. Сегодня на Галапагосских островах проживает четыре вида пересмешника, однако все они очень похожи между собой и имеют одинаковое строение клюва. Биологи попытались объяснить, почему у вьюрков появилось так много различных видов, а у пересмешников нет. Создается впечатление, что все дело в различии генов, которые отвечают за синтез белка кальмодулина, количеством которого определяется длина клюва птенца внутри яйца. Кальмодулин присутствует у всех птиц и имеет много функций, в частности, от его количества зависит длина их клюва (за толщину отвечает другой белок). Механизм, регулирующий выработку кальмодулина у вьюрков, более сложный, включающий множество генов, в то время как у пересмешников нет такого механизма, который бы влиял на количество белка. Иными словами, пересмешники отличаются менее гибкой генетикой. Поэтому когда пересмешники прилетели на Галапагос, они были ограничены имеющимся клювом, а для изменения его строения им потребовалась бы радикальная генетическая перестройка. Вьюрки, напротив, были сразу наделены способностью формировать новые типы клюва при незначительных изменениях в генах, что обеспечило появление многочисленных новых видов.

Вьюрки открыли для себя новый ареал, а насекомые и раки-щелкуны развили у себя новые качества, что обеспечило им массу преимуществ, что, в свою очередь, вызвало бурный рост видообразования. По меркам эволюции эти вспышки видообразования протекали стремительно, но тем не менее постепенно. Тому же раку-щелкуну пришлось пройти долгий путь, прежде чем у него сформировалась клешня-пистолет. Сначала появился промежуточный вариант клешни. Эта наполовину развитая щелкающая клешня была удобнее, чем простая, «примитивная» клешня, но она по-прежнему уступала по силе будущей клешне-пистолету. Формирование клешни-пистолета, которую мы наблюдаем сегодня, завершилось всего восемнадцать миллионов лет назад, то есть спустя целых сто сорок миллионов лет с момента начала ее развития. С каждым витком эволюции клешня становилась чуть лучше и удобнее, ведь если бы промежуточные варианты оказывались негодными, их обладатели не могли бы выживать и развиваться дальше.

Эволюция пользуется лишь тем, что имеется в наличии. Как мы увидели на примере галапагосских пересмешников, вероятность появления новых вариантов образа жизни при отсутствии должных генетических предпосылок довольно низка. В следующей главе мы постараемся ответить на вопрос: каким образом способность к сложной адаптации появилась из ниоткуда?

Глава 5 Истоки поведения

Когда мы отправляем смс-сообщение или покупаем билет на поезд через мобильное приложение, мы задействуем различные отделы мозга. Мы анализируем полученную с экрана визуальную информацию, понимаем смысл текста в инструкции, держим в уме пункт назначения. Тем не менее наш мозг не развился специально для использования смартфона. Смартфон был изобретен совсем недавно и не успел повлиять на нас в ходе эволюции. И все же мы так быстро осваиваем гаджеты и интернет, словно прошли специальную подготовку.

Мозг человека прошел развитие, позволившее ему создать для себя новые технологии, которые имеют функции, приблизительно схожие с работой самого же мозга. Человек обладает мозгом, который позволяет ему анализировать новую информацию и решать сложнейшие проблемы. Скорее всего, эта способность понадобилась нашим давним предкам, когда они начали жить социальными группами: нужно было подстраиваться под социальные нормы и считаться с жизнью в коллективе, иначе любой мог оказаться изгоем. К тому же развитый мозг был необходим при выполнении дел первостепенной важности, например для понимания, где больше всего шансов добыть еду, и для того, чтобы произвести впечатление на потенциального партнера. Таким образом, за миллионы лет у человека развились интеллектуальные способности, позволяющие ему справляться с совершенно новыми задачами. Например, теперь мы можем отправлять коллегам смешных котиков, пока едем в автобусе домой.

Процесс, когда некая способность, получившая развитие в ходе эволюции, чтобы выполнять одну функцию, обслуживает другие функции, называется экзаптацией. Ее следует отличать от адаптации, в ходе которой способности используются именно для того, для чего они развились. Раки-щелкуны всегда использовали свои клешни для охоты (адаптация), однако теперь они также научились коммуницировать и рыть норы с помощью этих же клешней (экзаптация). В научной среде в последние десятилетия уделяется все большее внимание экзаптации как важнейшей движущей силе эволюции.

Некоторое время назад я принимала участие в конференции во французском городе Монпелье. Среди участников был и Ричард Блоб, американский ученый из Университета Клемсона, изучающий различные проявления экзаптации. Он рассказал историю о маленькой рыбке, которая смогла поднять простую форму поведения на новую высоту — в прямом смысле слова.

Эта маленькая рыбка называется бычком Стимсона, или бычком-скалолазом; водится она на Гавайях. Она может поместиться на ладони взрослого человека (длина взрослой особи всего четырнадцать сантиметров), и она умеет менять окраску, чтобы прятаться от врагов и привлекать партнеров. Мальки живут в море, питаются всевозможными водорослями и мелкой живностью, а по достижении половой зрелости рыбы отправляются в пресноводные ручьи Гавайских островов. Они плывут против течения, добираясь до абсолютно новых для себя источников пищи, например до пресноводных водорослей.

В ручьях рыбы сталкиваются с серьезной проблемой. Гавайские острова имеют вулканическое происхождение; многочисленные извержения привели к сильной эрозии вулканических скал и к формированию пересеченного рельефа с множеством водопадов, некоторые высотой более ста метров. В верхней части этих водопадов нет хищных рыб, что привлекает туда бычков, ищущих безопасные места для того, чтобы отложить икру. Чтобы забраться наверх, бычкам приходится форсировать сто метров отвесной скалы.

К счастью, эта маленькая рыбка умеет взбираться по скалам. Бычки-скалолазы с помощью рта и дополнительной присоски на брюхе проползают по мокрой поверхности утеса за бурлящим потоком воды. Они приклеиваются к камню то одной, то другой присоской и таким образом медленно, но верно преодолевают примерно три миллиметра в секунду. Час за часом они забираются все выше, рискуя быть сбитыми срывающейся сверху водой. Высота все увеличивается, и потенциальное падение становится все опаснее, стоит рыбе ослабить хватку. Спустя восемь часов изнурительного подъема бычки оказываются на вершине водопада, а затем и в безопасном горном ручье, где можно не бояться хищников. Восстановив силы, бычки готовы метать икру. Спустя некоторое время вылупляются мальки, которых ручей и водопад выносят обратно в море.

Если бы нам вздумалось покорить скалу, высота которой пропорциональна росту человека в том же соотношении, как стометровый утес для крохотной рыбки, нам пришлось бы преодолеть целых сорок два километра. К слову, далеко не все бычки выдерживают испытание: до безопасного ручья наверху добираются только самые ловкие. Однако риск того, что внизу икринки достанутся на обед хищникам, настолько высок, что опасное путешествие оказывается оправданным, и многочисленные взрослые особи жертвуют своей жизнью в надежде вывести потомство.

По мнению Блоба, метод подъема на присосках развился в ходе эволюции совсем для иных целей, нежели преодоление отвесных скал. На самом деле взрослые бычки питаются, всасывая водоросли с камней на дне ручья. Вероятно, в какой-то момент один бычок так увлекся поеданием водорослей, что не заметил, как начал взбираться на камень за небольшим водопадом и таким образом оказался в безопасном месте. Со временем на брюхе бычков-скалолазов сформировалась дополнительная присоска, облегчающая передвижение вверх.

Блобу с коллегами удалось запечатлеть на видео многочисленных бычков во время трапезы и подъема. Сравнив паттерны движения, исследователи пришли к выводу, что эти действия настолько похожи, что с большой долей вероятности одно развилось из другого. Невозможно точно определить, что же первично — метод питания или метод движения, однако представляется более логичным, что рыбы, умевшие есть таким образом, позже научились покорять скалы, нежели наоборот. Как бы там ни было, бычок-скалолаз — отличный пример того, что в природе любая способность развивается ради решения текущих задач.

Крылья у птиц тоже изначально служили иной цели. Птичье крыло состоит из множества асимметричных перьев и имеет сложную структуру: от основного «ствола» — стержня отходят многочисленные волоски (их называют бородки), от которых, в свою очередь, отходят бородки второго порядка, обладает большей подъемной силой и позволяет птицам легко маневрировать во время полета. В формировании маховых перьев (определении их формы, структуры, размера и цвета) задействовано множество различных генов. Невозможно представить, что не имеющее перьев животное вдруг произведет на свет покрытого перьями и способного подниматься в воздух детеныша. Шанс, что произойдет случайная мутация, благодаря которой образуется правильная комбинация из всех необходимых генов, стремится к нулю. Куда более вероятно то, что крылья и перья прошли поступательное развитие.

От коротких крыльев с маленькими, простыми и симметрично расположенными перьями для полета мало толку, поэтому представляется нелогичным, что птицы в течение миллионов лет довольствовались такими недоразвитыми крыльями, не пытаясь их применить для чего-то более подходящего, чем полет. В таком случае крылья как особенность постепенно бы исчезли, а птицы никогда бы не полетели. И все же находки археологов свидетельствуют о том, что у древних предков птиц были простые, симметричные перья. А общим предком всех птиц был не кто иной, как динозавр. На самом деле птицы и есть динозавры, поскольку они их единственные ныне живущие потомки. Примерно сто двадцать миллионов лет назад, то есть еще до появления тираннозавра, на Земле проживал синозавроптерикс, динозавр размером с небольшую собаку. Он был покрыт вовсе не чешуей, подобно рептилии, как можно было бы предположить: многие из найденных археологами окаменелых останков синозавроптерикса имеют четкие контуры короткого, похожего на пух, оперения.

Для чего же перья тому, кто не умеет летать? Если вам хоть раз доводилось спать под пуховым одеялом или носить пуховик, вам известно, что слой перьев отлично сохраняет тепло. «Половинчатое» оперение не способно поднять птицу в воздух, однако оно способно согреть. Вероятно, тонкий слой легких пушистых перьев позволял предкам современных птиц поддерживать стабильную температуру тела и тратить меньше энергии на терморегуляцию, и с течением времени перья становились все более длинными и плотными, что обеспечивало еще лучшее сохранение тепла. Спустя какое-то время перья стали настолько длинными, что их обладатели могли понемногу парить, например, чтобы избежать травмы во время падения с дерева, на которое они забрались с земли, или чтобы, подобно современной белке-летяге, спланировать с одной ветки на другую. В ходе эволюции перья и крылья постепенно становились сильнее, их структура усложнялась, и спустя много миллионов лет птицы научились взмахивать крыльями и взлетать. А там и до полноценного полета уже недалеко.

Этот важный этап развития вдруг открыл перед птицами массу возможностей: подобно ракам-щелкунам, пополнившим свой арсенал усовершенствованной клешней, птицы вдруг получили в свое распоряжение никем не занятое небо. Таким образом, освоение навыков полета дало толчок резкому росту разнообразия видов птиц, каждый из которых мог специализироваться на своем уникальном типе питания и способе охоты. Появились самые разные птицы: от питающихся насекомыми стайных скворцов до охотящихся на мышей орлов-одиночек.

Тем не менее ученым доподлинно неизвестно, как именно происходило развитие перьев, крыльев и навыков полета. Исследователи делают выводы, изучая ископаемые останки древних животных, и хотя за последние десятилетия было найдено множество окаменелостей, во многом объясняющих эволюцию птиц, зачастую подобные находки оказываются фрагментарными и представляют нам далеко не все этапы эволюции. Археологи то и дело обнаруживают все новые окаменелости со следами перьев и перьеобразных структур, так что не исключено, что в какой-то момент наука изменит свой взгляд на теорию происхождения перьев. К тому же ученые не всегда одинаково истолковывают одни и те же находки. Иногда в качестве дополнительного инструмента используется анализ ДНК и строения тела современных птиц. Работа ученого подобна сборке пазла: складывая кусочки головоломки, мы пытаемся на основе имеющихся данных предположить, какой из сценариев наиболее вероятен. Сейчас все больше исследователей сходятся во мнении, что оперение возникло вовсе не для того, чтобы птицы могли летать, но и далеко не все ученые связывают его появление с терморегуляцией. Существует как минимум одно альтернативное объяснение, имеющее достаточное количество сторонников в науке. И птицы, и люди используют перья для другой цели, а именно для украшения себя. Можно предположить, что и предки современных птиц использовали свои короткие яркие перья для привлечения самок.

В 2010 году группа исследователей объявила об обнаружении следов меланосом в одной из найденных окаменелостей синозавроптерикса. Меланосомы — это крошечные пузырьки, которые содержатся в клетках и вырабатывают меланин, то есть цветовые пигменты. Исследователи проанализировали меланосомы в окаменелости и пришли к заключению, что синозавроптерикс имел оранжевый окрас в белую полоску. Что это, камуфляж или наряд для привлечения внимания «дам»?

Отпечаток перьев был обнаружен и у окаменелости «древней птицы», археоптерикса. Археоптерикс настолько похож и на птицу и на динозавра, что эта находка убедила многих ученых в том, что птицы произошли именно от динозавров. У археоптерикса были асимметричные перья наподобие перьев современных птиц, и, судя по всему, он умел летать, хотя, наверное, не слишком хорошо. Перья археоптерикса имели сложное строение и, следовательно, структурную окраску. Такой эффект часто встречается у современных птиц: при преломлении света на оперении возникает металлический отблеск. Получается, что сложная структура перьев возникла не ради полета и утепления, а ради украшения: самые красивые самцы завоевывали лучших самок. Со временем роскошные «наряды» встречались все чаще, и в какой-то момент они стали вполне годными для парения, а затем и полета. Видимо, доля истины есть в обеих точках зрения, ведь на разных этапах эволюции на передний план выходили разные факторы.

История крыльев не заканчивается освоением полета. Научившись летать, многие птицы начали использовать крылья для новых целей. Крылья пингвинов отлично подходят для подводного плавания. Черная цапля, элегантная болотная птица, охотится на рыбу, стоя по колено в мелкой воде. Заметить рыбу из-за отблесков на поверхности воды бывает непросто, поэтому цапля раскрывает крылья, как зонт, и создает тень над головой^[5], чтобы лучше разглядеть добычу под водой. Перед нами — пример очередной экзаптации.

Способность летать у насекомых развивалась совсем иначе, чем у птиц. Согласно одной из наиболее популярных версий, часть тела древних насекомых представляла собой мембрану для улавливания солнечного света, своего рода солнечную панель, которая позволяла озябшему за ночь насекомому быстрее пробуждаться. Постепенно эти мембраны увеличивались в размере, улавливая все больше солнечной энергии, и в итоге стали достаточно крупными, чтобы обеспечить парение и полет.

Эволюция — это не реализация некоего грандиозного замысла создания летающих животных. Сложный образ жизни обычно возникает как побочный эффект более простых признаков, развивающихся с течением времени. И человеческий мозг не был создан специально для того, чтобы «сидеть» в социальных сетях в интернете. Или чтобы заводить знакомства через специальные приложения. Хотя поиск партнера, судя по всему, и служил стимулом развития как оперения, так и способностей мозга на протяжении миллионов лет. С точки зрения эволюции одного факта выживания мало, если особь недостаточно привлекательна, чтобы спариться с партнером и дать жизнь потомству. К тому же еще предстоит позаботиться о потомстве и, таким образом, о выживании вида. В следующей части книги мы поговорим о конкуренции за продолжение рода и о ее роли в формировании целого калейдоскопа вариантов приспособления к среде и удивительного поведения, ценой которого нередко может стать жизнь.