Я познаю мир. Живой мир

Что такое «вид»?

Это один из тех вопросов, который легче падать, чем получить на него ответ. Если собрать все, что биологи понаписали на эту тему, получится очень объемистая библиотека. Поскольку мы заговорили об эволюции, что–то сказать о виде придется и нам, потому что дальше вы будете сталкиваться со словами: новый вид, видообразование, изменение видов, иымирание видов, конкуренция между видами. На первый взгляд вопрос кажется простым. 1>урый медведь – один вид, белый – другой, домовая мышь – третий, нильский крокодил – четвертый. С мышью и крокодилом все ясно. Но, скажем, воробей с коричневой «шапочкой» и маленьким черным галстучком и воробей с серой шапочкой и большим галстуком – разные виды, полевой и домовый воробьи. А трясогузки с серой спинкой и с черной – один вид, белая трясогузка. А взять рыжую и красную полевок. Это разные виды, но, кроме названия, разница между ними настолько мала, что их даже специалисты порой путают.

image l:href="#image15.png"

Виды воробьев:I – домовый; 2 – полевой; 3 – испанский (черногрудый); 4 – пустынный

Вообще, понятие вида возникло в старые добрые времена из простой потребности отличать одно от другого. Какой–нибудь маститый врачеватель говорил своему ученику:

– Для излечения зубной боли поймай жабу, погрузи её в серебряный сосуд с мозельским вином...

– А что такое «жаба», мэтр? – перебивал его почтительный ученик. Следовало объяснение, что жаба – это животное с четырьмя ногами, без хвоста и с голой кожей, покрытой бородавками. Ученик мчался в поля, совал в мешок все, что попалось под руку, возвращался домой и, сидя в сенях, начинал сортировать добычу. Для начала он отбирал всех с четырьмя ногами, выбрасывая шестиногих жуков, одноногих улиток и двуногих перепелок. Затем выбрасывал покрытых шерстью мышей и покрытых чешуей ящериц. Затем выбрасывал пару голых, четвероногих, но хвостатых тритонов. Затем, отсортировав полтора десятка лягушек, покрытых голой кожей, без хвоста, но и без бородавок, он оставался с несколькими жабами, которых торжественно нес мэтру.

image l:href="#image16.png"

Серая жаба

Ясно, да? Вид – это группа особей, обладающая уникальным сочетанием признаков. Именно сочетанием, сам по себе признак может быть одновременно у разных видов. Но каких признаков? Только тех, которые считаются существенными, просто потому, что ВСЕ признаки перечислить просто невозможно. Скажем, форму зрачка мэтр в описание не нключил. Предположим, дело происходило в Швеции. Там этого описания вполне достаточно. Но если мэтр переберется куда–нибудь поюжнее, то вместе с жабами он получит ещё и жерлянок, у которых кожа тоже бородавчатая, но к жабам они отношения не имеют. Кожные выделения у них совсем другого свойства, и опускать их в серебряный сосуд с «ином нет никакого резона. Здесь пришлось бы указать, что зрачок овальный и вытянут горизонтально (у жерлянки он треугольный), или описать окраску. Вообще же мэтру могут притащить и больного, покрытого бородавками поросенка, которому собака откусила хвост. А что – описанию соответствует.

image l:href="#image17.png"

Жерлянка

Из нашего примера хорошо видно, что сначала нужно разбить живых существ на виды, а только после этого можно решить, какие признаки существенные, а какие нет. Раздел биологии, классифицирующий всё живое, называется систематикой. Систематики – несчастные люди. Сначала они или их предшественники чисто интуитивно выделяют группы одинаковых особей и называют их видами. Затем они находят признаки, по которым все эти виды можно различить. Некоторое время неё идет прекрасно. Потом откуда–нибудь из Африки, Сибири или с острова Пыху–Вспыху им привозят бородавчатого поросенка. Ежу понятно, что это не жаба и не тритон. Систематики начинают вводить дополнительные признаки. Самое при этом смешное, что виды – :>то реальность. Они действительно существуют. И отказаться от понятия вида нельзя, половина биологии просто рухнет.

image l:href="#image18.png"

Зрачок жерлянки (слева) и жабы (справа)

Систематики мучались довольно долго, пока в дело не вмешались эволюционисты. Для них главным было не то, как отличить один вид от другого, а то, что признаки вида передаются из поколения в поколение и при этом могут постепенно изменяться. Вся куча признаков была заменена одним четким критерием. Вид – это группа живых существ, способных спариваться и приносить плодовитое потомство. Всё, точка. Кстати, выяснилось, что поколения натуралистов, классифицироиавших живые существа на основе своего опыта и интуиции, были вовсе не дураками. Большинство видов, выделенных на основании признаков строения, оказались вполне настоящими видами, хотя и не все.

Таким образом вид – это носитель определенной, принадлежащей исключительно ему генетической информации. Каждое поколение получает эту информацию «снизу», от своих предков, начиная с коацерватной капли. И передает её «вверх», своим потомкам. Получить информацию «сбоку», от другого вида, или передать её «вбок» – невозможно. Каждый вид варится в своем собственном соку. Биологи называют это репродуктивной изоляцией.

Вы думаете, всё сразу стало ясно? Увы, не всё. Прежде всего, совершенно нереально установить возможность (или невозможность) скрещивания во всех без исключения случаях. Когда речь идет о слоне и крокодиле, всё понятно, признаки того и другого несовместимы в принципе, так что ничего из их брака не получится. Даже если речь идет о крокодиле и черепахе, то и тогда ситуация ясна. Но когда речь идет о видах похожих, то дело осложняется. Даже ныне живущие виды не всегда возможно проверить на скрещиваемость, скажем, просто потому, что они вообще не желают размножаться в неволе. А уж когда речь идет о видах вымерших, известных по ископаемым остаткам... Так что очень часто приходится полагаться на старый добрый критерий различий строения. Виды, выделенные таким образом, называются морфологическими видами. А виды, для которых точно установлена невозможность скрещивания – биологическими видами.

Если вид меняется, то неизбежно наступает этап, когда разные особи уже отличаются друг от друга, но ещё способны скрещиваться. Возьмем домашнюю собаку. Дог и лайка отличаются друг от друга очень сильно, но скрещиваются вполне успешно. А вот с догом и таксой дело обстоит сложнее, успешному скрещиванию мешает разница в размерах. Однако в принципе скрещивание возможно. В таких случаях границы между видами проводятся условно, руководствуясь в значительной степени удобством и необходимостью различения. Так, волка и собаку относят к разным видам, хотя они и прекрасно скрещиваются, а дога и таксу – к одному виду.

На этом проблемы не оканчиваются. Окапалось, что многие виды способны скрещинаться и приносить плодовитое потомство. Но плодовитость этого потомства очень низка. Как прикажете поступать в таком случае? Ещё интересней ситуация, когда потомство от смешанных браков не только весьма плодовито, но и гораздо сильней и выносливей, чем потомство «чистокровное». Но виды не спариваются, скажем, потому, что ритуал ухаживания у них разный. Если вы начнете прыгать на месте перед встреченной в парке девушкой, бить себя кулаком в грудь и ломать ветки с криками «у! у! у!», вам вряд ли ответят взаимностью (хотя, говорят, есть группы молодежи, где принято выражать симпатию именно таким образом). С другой стороны, если вы уступите место на пеньке в тропическом лесу самке шимпанзе, заведете с ней разговор о музыке и пригласите на концерт, вас также поймут неправильно. У многих же животных ритуал ухаживания – штука врожденная, и изменять его по своему желанию, в отличие от нас, они не могут.

image l:href="#image19.png"

Скальная ящерица.Многие виды скальных ящериц размножаются только партеногенезом и состоят из одних самок

Мало того, существуют живые существа, у которых вообще нет полового размножения и, сами понимаете, скрещивания у них тоже нет, да и быть не может.

Есть растения, размножающиеся исключительно вегетативным путем, например, банан или, чтобы не забираться так далеко от родных мест, – чеснок. Есть животные, причем весьма продвинутые, некоторые насекомые, рыбы и ящерицы, у которых виды, хорошие морфологические виды, состоят из одних самок. Яйцеклетки начинают делиться без всякого участия самцов и развиваются из них новые поколения самок. Эта штука называется партеногенезом.

Если считать видом группу особей, способных скрещиваться, то понятие «вид» применимо только к организмам, которые так или иначе, но размножаются половым путем. А что прикажете делать с видами (а как их ещё назвать?), которые состоят из одних самок, размножающихся партеногенезом? Члены такого «вида» не могут смешать свою наследственную информацию. Получается, что каждая особь – отдельный вид?

– Черт возьми! – можете сказать вы. – Нам таки объяснят толком, что такое вид?

Нет, не объяснят. Вид остается понятием достаточно расплывчатым. Когда всё ясно, биологи говорят о «хороших видах». Когда не ясно – о видах «плохих», о полувидах, подвидах, расах. Каждый раз границы между этими категориями вызывают ожесточенные споры. Но иначе и быть не может. Вид – это не застывший памятник эволюции или Божественного Творения. Вид способен изменяться, и потому провести четкие границы между видами удается не всегда. Но между понятиями «ребенок» и «взрослый» тоже не всегда можно провести четкую границу: вот, до обеда он ребенок, а после обеда уже взрослый. Но тем не менее понятия эти совершенно реальны, и отказываться от них не имеет смысла. А кому по складу ума нужна полная ясность определений, тому лучше выбрать какую–нибудь другую область исследования.

Надо сказать, что большинство людей терпеть не могут неопределенности. Им требуется все разложить по полочкам. Это белое, это черное, это один вид, это другой. Когда выясняется, что провести границу между белым и черным невозможно, они находят выход и из этого положения. Они объясняют, по каким законам черное превращается в белое и наоборот. Всё становится ясно, и все довольны. Не надо думать, что страсть к ясности – удел людей ограниченных. Именно эта страсть лежит в основе любопытства, и именно из любопытства выросла наука. Страсть к ясности свойственна всем живым существам с развитым мозгом. Это залог благополучия, долгой жизни и мирной кончины. Если в окружающем мире что–то неясно и непонятно, это может оказаться опасным. Чем больше мышь или тигр знает о том, что происходит вокруг, тем меньше шансов попасть в лапы врага или упустить вкусный кусочек. Мозг всех высших позвоночных устроен таким образом, что недостаток информации вызывает неприятное ощущение, а получение информации – приятное. Так что и подглядывание в замочную скважину за соседями, и постановка хитроумного эксперимента имеют в основе одну врожденную склонность – любопытство. А любопытство – тоже результат эволюции и миллионов лет естественного отбора.

Источник новизны

Хорошо известно, что если, скажем, мух начинают травить дихлофосом, то в конце концов может возникнуть такая разновидность, которая будет этот дихлофос пить вместо сахарного сиропа. Многие старые добрые отравы, некогда прекрасно морившие мух, ныне можно использовать только одним способом – насыпать в мешочек и этим мешочком муху прихлопнуть. Это не шутка. Для борьбы с вредителями приходится разрабатывать всё новые и новые яды, к старым они привыкают, причем «привычка» передается по наследству, а значит, происходят какие–то изменения и ДНК – ведь именно она хранит всю наследственную информацию. Но мы знаем, что при размножении молекула ДНК копируется, копируется очень точно, один к одному. Откуда берутся новые свойства и признаки?

Источников новизны, в общем, всего два. В одном случае новое – результат рекомбинации генов, то есть на самом деле оно вполне старое, просто в необычном сочетании. В другом – в хромосомах действительно возникает принципиально новая информация. Речь идет о мутациях. Слово это известно каждому, и как–то так получается, что большинство людей, не специалистов, именно мутации считает главным двигателем эволюции. Во множестве научно–фантастических романов новый вид, часто свирепый враг человечества,возникает в результате зловредной, мутации. На самом деле главная опора эволюции – не мутации сами по себе, а скромное, терпеливое, бесконечное тасование признаков и свойств. Это совсем не такой эффектный процесс, как мутация, в романе он смотреться не будет. По эволюция не читает романов.

Гены, аллели и популяции

В природе любая достаточно большая группа живых существ, например все тараканы города Костромы, обладает огромным разнообразием свойств. В хромосомах костромских тараканов закодирована масса информации, которая в норме не очень–то заметно и проявляется. Часть признаков может вообще проявляться крайне редко. Признаки постоянно тасуются в результате перемешивания отцовских и материнских хромосом и обмена генами между самими хромосомами. Поэтому среди костромских тараканов можно найти особей с самыми разными сочетаниями признаков и, соответственно, с самыми разными способностями.

Вообще говоря, судьба каждого конкретного таракана очень сильно зависит от игры случая (например, тапка). Но в целом, конечно, более быстрые и более зоркие тараканы будут жить дольше, а значит – оставлять больше потомства. Кажется, всё просто, тараканы должны с каждым поколением становиться все зорче и стремительней. В природе, однако, не существует «гена зоркости» или «генарезвости». Ген определяет синтез определенного белка и ничего больше. Есть, конечно, простые признаки, которые определяются одним геном. Но в большинстве случаев признаки определяются взаимодействием многих генов.

Набор генов, который содержится в ваших или моих хромосомах, называется генотипом. А набор признаков, которыми мы обладаем, – фенотипом. Зоркость, резвость, сообразительность, рост и умение пить дихлофос – это как раз фенотипические признаки, и часто одному лишь Богу известно, каким сочетанием генов они определяются. Довольно часто случается, что особи со сходным фенотипом могут обладать различным генотипом. Однако давайте пока для простоты считать, что каждому набору свойств соответствует один генотип.

И ещё одно – слово ген при разговорах об изменчивости и эволюции не всегда подходит. Рен – это то, что определяет синтез, скажем, пигмента, окрашивающего лепестки. Но может быть несколько вариантов одного гена, например ген красной и ген белой окраски. Принято называть разные варианты одного гена аллелями. Аллелей каждого гена может быть и одна, и две, и несколько. В двойном наборе хромосом обычной клетки содержится, соответственно, две аллели. Если это аллели одинаковые (например, красные), то говорят, что по данному признаку организм гомозиготен. Если разные (красная и белая) – гетерозиготен. Одна из аллелей может подавлять другую, тогда первая называется доминантной, а вторая рецессивной. Так что жгучий брюнет (а гены темной окраски обычно доминантны) может получить от жгучей брюнетки вполне блондинистого ребенка, если родители гетерозиготны по данному признаку. А вот если у светлой пары родился ребенок с черными глазами и волосами – дело неладно. Поскольку ген светлой окраски рецессивен, то блондин должен быть гомозиготен по данному признаку. «Черный» ген не спрячешь, он доминант. Так что и у ребенка ему взяться неоткуда. Если конечно, не произошла мутация.

image l:href="#image20.png"

Наследование признаков по одному гену. При скрещивании гомозиготных особей с доминантными (А) и рецессивными (а) аллелями, в первом поколении все их потомки будут иметь фенотип, соответствующий доминантному аллелю. При скрещивании гетерозиготных особей одна четверть их потомков окажется гомозиготной по рецессивным аллелям. Остальные три четверти будут внешне неотличимы, но генотип у них будет разный: гомозиготный и гетерозиготный.

Ещё одно весьма полезное слово – популяция. В переводе с английского (от лат. populus – «народ») это просто население. Биологи употребляют его в разных смыслах. Но практически всегда речь идет о группе живых существ, населяющих определенную территорию со сходными условиями. То есть все члены популяции подвергаются примерно одинаковым внешним воздействиям. Обычно популяция – ;>то ещё и группа, внутри которой возможно, хотя бы теоретически, спаривание любой особи одного пола с любой особью противоположного. Но масса существ не знает полового процесса. Они все равно могут быть популяцией, если удовлетворяют первому условию. На языке биологов это звучит так: «популяцией, в строгом значении этого термина, принято называть совокупность особей одного вида, которая реагирует на эволюционные факторы как од иное целое».

Мутации хорошие и плохие

Подавляющее большинство мутаций вредны. Метаболизм – сложная система взаимодействий и практически любое случайное изменение не несет ничего хорошего. А мутации – вещь в высшей степени случайная и непредсказуемая. Представьте себе, что вы наугад тычете отверткой во внутренности компьютера. Маловероятно, что таким способом вам удастся его усовершенствовать. Считается, что полезные мутации составляют менее 1 процента всех мутаций.

Природа, однако, не особо заботится об отдельных организмах. Важно процветание вида в целом. А в целом – мутации увеличивают изменчивость в популяции и способствуют выживанию вида. Чем выше изменчивость, тем больше шанс, что при изменении условий в популяции найдутся особи, к этим условиям приспособленные. И тем больше шанс, что популяция при изменении условий благополучно выживет. Ну и кроме того – изменчивость, мутации в том числе, это тот материал, из которого отбор лепит новые виды. Да и вообще, понятие вреда и пользы – штука очень относительная.

Есть такая весьма поганая болезнь – серповидно–клеточная анемия. Это генетическое заболевание, и вызывается оно изменением гена, ответственного за синтез гемоглобина. Совершеннейшая мелочь – в огромной молекуле гемоглобина оказывается замененной одна единственная аминокислота, причем только в одном месте цепочки. Но в результате этот измененный гемоглобин при низкой концентрации кислорода кристаллизуется и эритроцит (красная кровяная клетка) деформируется и разрушается. У людей, гомозиготных по данной аллели, помимо кислородной недостаточпости, развиваются болезни сердца, почек и легких, и они умирают в молодости. Очень плохо, да? Но у гетерозигот аномальный гемоглобин составляет меньше половины, эритроциты не деформируются, и дело ограничивается повышенной утомляемостью. Зато такие люди не болеют малярией, поскольку малярийный плазмодий в эритроцитах с ненормальным гемоглобином жить не может. И среди коренного населения многих областей Африки и Южной Азии, где малярия свирепствует издавна, эта мутация сохраняется, и здесь очень высок процент носителей этой аллели. Тропическая малярия – страшная болезнь. И не будь этой мутации, в общем–то вредной, люди во многих районах тропиков вымерли бы давным–давно.

image l:href="#image21.png"

Эритроциты нормальные и серповидные

Эволюция

Теперь, несколько забегая вперед, скажем, что такое эволюция. Вообще, evolutio – латинское слово, означающее развертывание свитка, листание книги, чтение. Само значение слова «эволюция» предполагает, что речь идет о неком постепенном процессе развертывания или развития. Большинство людей, говоря об эволюции, имеют в виду развитие жизни на планете вообще. Взяв в руки учебник биологии, вы узнаете, что жизнь на Земле начиналась с примитивных одноклеточных существ. Эти существа постепенно, от поколения к поколению, на протяжении миллиардов лет изменялись, становились всё более сложными, и в результате от них произошли современные зайцы, георгины, верблюды, ананасы и мы с вами. Это и есть эволюция. В общем, всё правильно. Но профессиональные биологи мыслят несколько более конкретно. Они называют эволюцией любое необратимое изменение наследственной информации, которой владеет вид.

Представьте себе, что небольшая стайка мелких птиц, спокойно летящая вдоль морского побережья, была подхвачена ураганом и унесена на тысячу километров от берега. Такие случаи совсем не такая уж редкость. Стайке повезло, пичуги увидели маленький островок в океане, приземлились и остались в живых. Через какое–то время стайка размножилась, но в результате дрейфа генов (стайка–то невелика) утеряли какие–то аллели. Потом в результате рекомбинации возникло сочетание признаков, которое на материке особого смысла не имело, а здесь оказалось полезным. Случилась пара мутаций, пусть даже бесполезных самих по себе, но изменивших взаимодействие генов. Генотип изменился, изменились и признаки строения, изменилось поведение. Затем Господь 1>ог глянул на старушку Землю, тряхнул её как следует, и между островом и материком возник перешеек. Птахи встретились со своими предками, которые остались на их, забытой уже, родине. Если изменения признаков зашли так далеко, что родичи или не узнали друг друга (изменилась окраска или ритуал ухаживания, скажем песня), или генофонды оказались несовместимыми – всё, обратного пути нет. Произошла эволюция. Если же спаривание возможно, то генофонд маленькой островной популяции быстренько растворится в многочисленном населении материка. Процесс оказался обратимым, эволюции нет, есть простое изменение частоты аллелей и некоторых генов. Уловили суть? Эволюция – это когда исчезла возможность скрещивания, возникла репродуктивная изоляция. Иными словами, эволюция – это возникновение новых видов, и ничего более.

image l:href="#image22.png"

Поскольку эволюция – это процесс, причем, как правило, неторопливый, то четкой границы между эволюцией и «неэволюцией» тоже нет. Тряхни Господь Землю пораньше, и возможность скрещивания, пусть неполная, но сохранилась бы. Вообще, видообразование – штука очень интересная, и мы ещё поговорим о нем подробней.

Что такое приспособленность

Хотя мы уже не раз произносили слово «приспособленность» и вроде всем ясно, что оно значит, но понятие это настолько важное, что имеет смысл поговорить о нем подробней.

image l:href="#image23.png"

Самка нильского крокодила с детёнышами

Вот, например, зеленый крокодил, живущий в мутно–зеленой реке Лимпопо. Он быстр, зорок и силен, он таится в засаде, и заметить его невозможно. Он охотится на антилоп, приходящих к водопою, гораздо лучше своих черных и не таких шустрых собратий. Он лучше приспособлен к жизни в Лимпопо, чем они? Но у этого зеленого крокодила есть один маленький дефект – у него плохо развита координация тонких и слабых движений челюсти. Он не может помочь своим детям освободиться от яичной скорлупы и осторожно перенести их из гнезда в безопасный водоем. Это не шутка, нильские крокодилы действительно очень заботливые родители и в самом деле охраняют гнездо, помогают детям вылупиться, относят их в безопасное место, да и там ещё охраняют от многочисленных любителей маленьких крокодильчиков, пока дети не подрастут.

Наш суперкрокодил не оставит потомства, все его гены, обеспечивающие ему зоркость, силу и зеленый цвет, пропадут зазря. Естественный отбор его забракует. Так что такое приспособленность? Приспособленность – это СОЧЕТАНИЕ всех признаков и способностей, причем не обязательно наилучшее в данных условиях, оно может быть просто достаточным. А показателем приспособленности биологи считают число потомков, доживших до половой зрелости и оставивших, в свою очередь, больше потомков, чем дети соседа. То есть приспособленность организма определяется числом его детей, внуков и правнуков. Никакого другого способа оценить приспособленность нет. Биологи называют это итоговой приспособленностью.

Таким образом, приспособленность с точки зрения естественного отбора – это способность гена сохраняться из поколения в поколение. Приспособленность к охоте – тоже приспособленность, но другая. Это, так сказать, частная приспособленность. В русскоязычной биологической литературе приспособленность организма (или его отдельной части) к выполнению определенной работы чаще называют, приспособлением, или адаптацией. Но строгих правил тут нет, так что каждый раз нужно хорошо понимать, о какой приспособленности идет речь.

Очень часто приспособленность может увеличиваться в самом деле за счет единственного признака. Если все крокодилы Лимпопо, в общем, по своим способностям равны, но некоторые из них лучше маскируются, то эти крокодилы действительно получат преимущество. Но ещё чаще невозможно определить вклад конкретного признака в итоговую приспособленность. Поэтому, когда речь идет об отборе тех или иных признаков, это обычно условность. Предполагается, что по остальным своим способностям члены популяции приблизительно равны.

Эволюционисты пользуются словами, которые кажутся понятными всем – естественный отбор, выживание наиболее приспособленных, борьба за существование. Быть может, поэтому после появления теории эволюции о ней принялись рассуждать все, кому не лень. Дарвин, кстати, в своих книгах чуть ли не через страницу предупреждал, что эти слова употребляются в метафорическом смысле, и разжевывал их истинное значение. Не помогло. За теорию Дарвина с восторгом ухватились экономисты, социологи и просто любители поразмышлять после обеда о смысле жизни. Теорию начали применять «в лоб» к общественной жизни человека, где она, кстати сказать, в таком «лобовом» виде практически не работает. Борьбу за существование представляли как драку за кусок хлеба, а самым приспособленным признавался тот, кто сумел больше остальных нахапать. Очень удобная позиция, и совесть не мучает – ничего не поделаешь, эволюция. (’ точки зрения квалифицированного зоолога – бред сивой кобылы. Приличные социологи это, кстати, тоже понимали.

Чтобы понять суть эволюции, очень важно уяснить, что, во–первых, внутри вида (или популяции) не бывает «плохих» и «хороших» или «продвинутых» и «примитивных» особей. Есть более приспособленные и менее приспособленные, причем, как вам станет ясно из следующей главы, стоит слегка измениться внешним условиям, и вчерашние «приспособленные» становятся «неприспособленными». Абсолютно приспособленных особей не может быть в принципе.

Куда ведет отбор

Любой вид живых существ – это поле боя двух противоположных сил. Рекомбинации и мутации изо всех сил стремятся увеличить разнообразие свойств – увеличить изменчивость. Кроме того, популяции, и даже виды в целом, редко бывают ну совсем уж наглухо изолированы друг от друга. В любой почти популяции время от времени, а порой и весьма часто появляются пришельцы из других популяций. Поскольку предки этих пришельцев несколько поколений жили в других условиях, то пришельцы могут принести аллели (или мутации аллелей), которые в этой местности редки или даже совсем отсутствуют. Иногда, особенно между близкими видами и особенно у растений, случаются и межвидовые скрещивания. Такие «незаконные» браки тоже приносят в популяцию новый генетический материал. Эта штука называется потоком генов, и она тоже работает на увеличение изменчивости.

С другой стороны выступают дрейф генов и естественный отбор, которые эту изменчивость уменьшают. Дрейф генов – это случайное увеличение или уменьшение (вплоть до полного выпадения) доли какого–то аллеля из–за колебаний численности популяции. Особенно сильно дрейф генов проявляется в маленьких популяциях. С отбором тоже всё понятно, он давит на носителей определенных аллелей (на то он и отбор), снижает частоту этих аллелей и, соответственно, как правило, снижает генетическое разнообразие. Собственно, результат этой борьбы и есть эволюция. По результат может быть разным, отбор может двигать вид в самых разных направлениях, а может и заставить топтаться на месте.

Нет в мире совершенства! С одной стороны, отбор ироде бы повышает приспособленность вида к конкретным условиям. Но он одновременно снижает изменчивость. А чем ниже изменчивость, тем больше шансов на то, что в случае резкого изменения условий среди членов популяции просто не найдется особей, которые сумеют в новых условиях выжить. Так что жесткий отбор, с одной стороны, повышает приспособленность популяции. И при этом снижает её приспособляемость, то есть возможность реагировать на изменение условий.

Если измерить признаки особей какой–либо популяции, например длину хвоста, чувство юмора или остроту зрения, то окажется, что большинство животных (или растений) обладает средненькими признаками. Чем сильнее признак отклоняется от средней величины, неважно, в большую или меньшую сторону, тем реже такое отклонение встречается. В большинстве случаев отбор «откусывает» от популяции как раз тех и без того сравнительно редких особей, которые уклоняются от золотой середины. В природе действует так называемый «трамвайный закон» – не высовывайся! Возьмем самый простой пример – плодовитость. Самки, скажем, водяной полёвки, которые рождают совсем немного детенышей, оказываются в явном проигрыше по сравнению с самками плодовитыми. Их вклад в последующее поколение полёвок окажется меньше, то есть частота «гена низкой плодовитости» будет все время снижаться. Но очень большой выводок трудно прокормить, детеныши будут мельче и слабее, они будут чаще гибнуть, и вклад очень плодовитых самок окажется тоже невелик. В наиболее выгодном положении окажутся самки с плодовитостью средней. Это касается любого признака. Та же шерсть, если она очень редкая, то это плохо – холодно. Но слишком длинная и густая шерсть тоже порой ничего хорошего, хотя бы потому, что она будет за всё цепляться.

image l:href="#image24.png"

Водяная полёвка

Первым, насколько известно, сообщил о «трамвайном законе» канадский орнитолог Гораций Бумпус в конце XIX столетия. Как–то в жесточайший мороз он подобрал и притащил домой целую стаю полумертвых воробьев. Выжило из них меньше половины. Из чистого любопытства он измерил у всех воробьев длину тела, длину крыла, цевки, хвоста и клюва. Это стандартные промеры, которые входят в описание любого вида птиц. К собственному удивлению, он обнаружил, что выжившие воробьи имели показатели, близкие к средним для этого вида. А у погибших эти признаки широко варьировали.

Ну а, скажем, острота зрения или скорость бега? Вроде бы, чем лучше вы видите и чем быстрей бегаете, тем лучше. Значит, есть такие признаки, которые отбор всегда будет двигать только в одну сторону? Не всё так просто. Та же острота зрения в первую очередь требует увеличения размеров глаза. Хотя глаза орлов, сов или кошек не кажутся такими уж большими, но на самом деле это разрез век у них небольшой. Само же глазное яблоко у остроглазых животных огромное. А чем больше глазное яблоко, тем меньше развиты челюстные мышцы. Для них просто не остается места. И располагаться им приходится «неудобно», чтобы дать место глазу. Значит, чем лучше зрение – тем слабее челюсти.

image l:href="#image25.png"

Череп совы: 1 – глазницы; 2 – камера среднего и внутреннего уха; 3 – мозговая коробка

Отбор уничтожает не только анатомические, так сказать, крайности. Он не любит крайностей и в поведении. Хорошо известно, что у многих животных жертвами хищников становятся в первую очередь те, кто занимает в сообществе самое высокое и самое низкое положение. Изгои гибнут потому, что у них нет хорошего постоянного убежища, потому, что они вынуждены кочевать постоянно с места на место, потому, что их вытесняют из мест с хорошим кормом и они вынуждены много времени тратить на поиски пищи, вместо того чтобы сидеть себе спокойненько в норке и наслаждаться жизнью. Но и баловням фортуны не проще. Прежде всего потому, что лидер должен постоянно поддерживать свое лидерство. Он должен изгонять со своей территории чужаков, показывать кузькину мать подчиненным, постоянно демонстрировать самкам, какой он могучий и непобедимый. Так что времени на то, чтобы сидеть в норке, у него тоже не очень много.

Отбор, который благоприятствует среднему состоянию признаков, называется стабилизирующим. И работает только в сравнительно стабильных условиях. Но вот условия изменились. Скажем, резко повысилось количество корма. Животные получили возможность благополучно выкармливать помногу детенышей, большие выводки теперь прекрасно выживают. Отбор перестал давить на самок с повышенной плодовитостью, но ещё сильнее давит на самок с низкой. Средняя плодовитость популяции начала увеличиваться. Это уже направленный отбор, смещающий признаки в одну сторону. И он будет работать до тех пор, пока плодовитость не придет в соответствие с новыми условиями. Тогда он снова превратится в отбор стабилизирующий.

Один из самых ярких примеров направленного отбора – изменение окраски березовой пяденицы в Англии. Эта ночная бабочка день проводит сидя на стволах деревьев. Окраска – светло–серая, с темными крапинками – делает её на покрытых лишайниками стволах совершенно незаметной. Первые черные экземпляры пяденицы были найдены в середине XIX столетия в окрестностях Манчестера. А уже в начале XX века черные бабочки составляли здесь почти 98% популяции. Ещё через пятьдесят лет светлых бабочек во всех промышленных районах Англии почти не осталось. Главную роль в отборе сыграли птицы. Специальные эксперименты показали, что в чистом лесу, где стволы покрыты не копотью, а лишайниками, птицы за несколько дней выедают всех черных бабочек, и лишь изредка им удается найти светлых. В промышленных районах – все наоборот.

image l:href="#image26.png"

Берёзовая пяденица: чёрная и белая формы

Существует ещё и третий вариант отбора – дизруптивный, или разрывающий. Это когда существа с крайними значениями признака получают преимущество перед «середнячками». Есть случаи, когда в одной местности обитают разные формы одного и того же вида и, очень может быть, возникновение этих форм как раз и есть результат разрывающего отбора. Например, в Южной Африке один из видов бабочек–парусников имеет несколько форм, отличающихся по окраске. Встречаются эти формы в одних и тех же местах, и каждая форма «подражает» одному из ядовитых видов бабочек из этой же местности. Вообще, такое подражание

image l:href="#image27.png"

Ядовитая бабочка Amaurus niavius – модель для подражания

очень полезно, но только в том случае, если подражателей значительно меньше, чем ядовитых образцов для подражания. Если наоборот, то хищник просто не поймет, что таких бабочек надо избегать. Ну, попадаются среди них изредка вонючие, но большинство–то вкусные. Так что подражать сразу нескольким видам очень выгодно. Встречаются здесь и бабочки с промежуточной окраской, ни то ни се, но редко. Поскольку бабочки «ни то ни се» выедаются

image l:href="#image28.png"

Самка неядовитой бабочки Papilio тегоре, подражающая ей

хищниками гораздо чаще, чем «подражательницы», то очень может быть, что мы имеем дело с дизруптивным отбором. Разрывающий отбор – это тот единственный случай, когда отбор увеличивает изменчивость.

Склонность животных и растений походить на ядовитые, опасные или несъедобные вещи носит название мимикрии. Впервые обратил внимание на это явление английский натуралист Генри Уолтер Бейтс, современник Дарвина и близкий друг Альфреда Уоллеса. Он много лет исследовал дебри Амазонки и именно здесь заметил, что безобидные бабочки часто похожи на ядовитых. Это явление получило название «бейтсовской мимикрии». Распространена мимикрия очень широко, не только среди бабочек. Существует ещё «мюллеровская мимикрия», которую обнаружил немецкий зоолог Фриц Мюллер. Это когда несколько ядовитых видов похожи друг на друга. Хищникам не нужно заучивать множество разных предупредительных сигналов, и это очень способствует их скорейшему обучению.

Стратегия размножения

Коль скоро отбор оценивает нас по количеству выживших потомков, то, при прочих равных условиях, чем больше потомков вы произведете на свет, тем больше шансов, что отбор обратит на вас внимание. Существуют на свете организмы, которые производят сотни тысяч и миллионы потомков. Число семян, которые разбрасывает за свою жизнь ель или берёза, трудно подсчитать. Устрицы выбрасывают в воду миллионы яиц, а треска – миллионы икринок. Принято считать, что треска, или устрица, или береза не заботятся о своих потомках. Простите, но как это, не заботятся? Чтобы произвести на свет такое количество икринок, нужно «отдать» им очень много сил и энергии, которую вполне можно было бы использовать для устройства личного благополучия, для собственного роста, накопления жировых запасов, да мало ли для чего ещё. Многие виды лосося, например, в течение долгих лет растут, копят силы, чтобы выложить их один–единственный раз в жизни – подняться в верховья родной реки, устроить гнездо и отметать икру. После этого лосось гибнет, он вложил в потомство столько, что самому ничего не осталось. Такой самоубийственный способ размножения отнюдь не редкость. Кстати, и многие растения цветут и плодоносят раз в жизни.

image l:href="#image29.png"

Устрицы

Индивидуальная приспособленность каждого отдельно взятого малька трески или личинки устрицы ничтожно мала (не забывайте, речь идет об итоговой приспособленности). Из миллионов до половой зрелости доживают единицы. Кто выживет, кто умрет – дело случая, удачи. Но выжив, этот бывший малек снова производит миллионы потомков. А поскольку и треска, и лосось, и устрицы вымирать пока не собираются, значит, их итоговая приспособленность вполне удовлетворительна. Она ничуть не меньше, чем у нас с вами. Из потомства каждой пары людей выживает в среднем два ребенка. Из потомства каждой пары лососей тоже выживает две рыбки. А каким способом это достигается, отбору, право, всё равно. Способы же эти могут быть разными. Можно произвести не миллион икринок, а только десять. А сэкономленную на этом деле энергию употребить на то, чтобы эти икринки охранять. Можно охранять и подросших мальков, кормить их и учить уму разуму, пока они не подрастут настолько, что сами смогут о себе заботиться. Ваш вклад в потомство остается одинаковым, просто вы его по–разному используете.

Один из способов повысить приспособленность потомка – выращивать его в родительском теле до тех пор, пока он не станет способен постоять за себя. Именно таким способом возникает живорождение. Живорождение свойственно не только млекопитающим. Существуют живородящие рыбы (например, многие акулы), существуют живородящие амфибии и рептилии (например, обыкновенная гадюка). Существуют даже живородящие растения (скажем, многие виды луков размножаются не семенами, а развившимися из этих семян прямо на родителях луковичками). Снабдить потомка большим запасом питательных веществ – ещё один способ. Крупные, маслянистые семена ореха или подсолнечника, крупные икринки лосося, яйца черепах и змей как раз и содержат такие запасы. А многие осы откладывают маленькие яички, но оставляют рядом с ними в норке парализованных жуков, пауков или кузнечиков – запас для личинок. Найти подходящее место, где яйца будут в безопасности, выкопать нору для яиц – это всё тоже вклад в потомство.

image l:href="#image30.png"

Пилюльная оса несёт парализованную гусеницу в гнездо из глины

У животных с развитым мозгом есть ещё один способ увеличить приспособленность потомства – воспитание. У таких животных приспособленность определяется не только их строением, но и личным опытом, знанием, как себя вести в разных ситуациях. Часто это гораздо важнее простой силы, быстроты или теплой шерсти. И родители передают накопленные ими в течение жизни знания потомкам. Обучение может продолжаться много лет. И это тоже вклад в потомство. А многие животные, особенно живущие стаями и семьями, продолжают учиться друг у друга всю жизнь.

Стратегия массового выброса потомков обычно выгодней в непостоянных, непредсказуемых условиях. А их индивидуальное выращивание – в условиях стабильных. Поэтому отбор на плодовитость идет не только в зависимости от количества корма, но и в зависимости от устойчивости кормовой базы и других условий. Разброс множества мелких потомков – кто–нибудь да выживет – называется r–стратегией. Забота о немногих крупных отпрысках носит название К–стратегии. Понятно, что все относительно. Если сравнивать лосося с акулой, то лосось будет r–стратегом, а акула К–стратегом. Но если сравнивать акулу с медведем, то она окажется уже г–стратегом. Уклонения в сторону той или иной стратегии наблюдаются даже в пределах одной популяции.

Эволюция культуры

Культура – это не только умение пользоваться вилкой, сморкаться в носовой платок и рассуждать о музыке. Культурой называется вся совокупность знаний, умений и навыков, накопленных отдельной группой живых существ. Умение вести себя в обществе – тоже элемент культуры, но только один из многих. Культура повышает приспособленность особи, она наследуется, передается из поколения в поколение, но в ДНК склонность пользоваться носовым платком или умение изготавливать каменные топоры не закодированы. Если элементы культуры повышают (или понижают) приспособленность особи, значит, культурные признаки, во–первых, должны подвергаться естественному отбору. Во–вторых, коль скоро культура определяет приспособленность и подвергается естественному отбору, она должна эволюционировать. Но эволюционирует культура не в соответствии с современной теорией эволюции, а так, как представлял себе эволюцию Жан–Батист Ламарк.

Прежде всего, передаются из поколения в поколение именно те признаки, которые особь приобрела в течение жизни, и их наследование никак не подчиняется законам генетики. В формировании культуры большую роль могут играть заимствования из других культур, то есть возможен интенсивный «боковой» перенос информации от одного вида к другому. И, самое главное, изменение старых и появление новых признаков часто возникают на основе внутреннего стремления особи, того самого «напряжения чувств», за которое так старательно топтали Ламарка современники и потомки.

Культура – отнюдь не то, что свойственно исключительно человеку. Все животные с приличным мозгом, использующие К–стратегию размножения и передающие потомкам опыт свой и своих предков, все они обладают тем самым определенной культурой. Примеров культурной традиции у животных множество. Пение птиц – самый хорошо известный и изученный. У многих видов молодые самцы учатся всяким коленцам и выкрутасам песни у почтенных патриархов. Песня одного вида в разных районах может различаться до такой степени, что взрослые самки из одной местности просто не воспринимают самцов из другой как сородичей. Но если самец (или самка) в молодости попали из родных мест в чужие, они прекрасно обучаются местному «диалекту» . Похоже, что это может касаться не только песни, но и сигналов тревоги, и сигналов о нахождении корма. У волков в стае из поколения в поколение передаются всякие хитрые приемы охоты. Поэтому там, где волков не уничтожают и преемственность поколений сохраняется, ни одна стая не похожа на другую, у каждой свои места охоты и свои коронные приемы. Когда несколько десятилетий назад в Карелию начал проникать с юга дикий кабан, волки некоторое время не могли успешно на него охотиться. Из крупного зверя карельские волки были знакомы только с лосем, а кабан требует совсем других приемов охоты, которые волкам не были известны и которые выработались только постепенно.

image l:href="#image31.png"

Соловей

Непосредственно наблюдать эволюцию культуры и возникновение новых культурных элементов удавалось зоологам не раз и не два. Так, например, в Англии, где молочники развозят молоко рано утром и ставят бутылки на порог клиентов, в середине XX столетия появились гениальные синицы, которые научились бутылки открывать. Навык был стремительно подхвачен их менее гениальными сородичами, и вскрытие бутылок приняло характер национального бедствия. Российские синицы, кстати, ничуть не глупее. Когда у российского населения появилась манера хранить зимой продукты вывешенными за форточку, синицы мгновенно разобрались что к чему и научились вскрывать самые разные упаковки.

Ещё более подробно изучена эволюция культуры у приматов.

Вскоре после Второй мировой войны два японских исследователя, Миияди и Иманиси, занялись изучением общественной жизни японского макака. Эта обезьяна живет на юге Японии в диком состоянии и образует отдельные стада, точнее – общества, которые слабо контактируют друг с другом. Результаты исследований японцев довольно долго оставались неизвестными в Европе, а когда стали известны – произвели эффект разорвавшейся бомбы. Общественная организация обезьян оказалась очень сложной и интересной.

Стадо, за которым велись наблюдения, обитало в малонаселенной местности, но когда через несколько лет результаты исследований просочились в японскую прессу, появились и любопытствующие посетители. Ну какой посетитель удержится от того, чтобы не предложить обезьяне конфету? Дикие обезьяны с конфетами дела не имели, не умели их разворачивать и вообще поначалу не знали, что это вкусно. Порядки в стаде царили жесткие, чтобы не сказать – жестокие. Высокопоставленные макаки относились к подчиненным грубо и всегда с высоты своего положения. Непривычная пища считалась недостойной главарей, её подбирают только низшие, а самыми низшими в стаде были маленькие дети. Именно они первыми открыли, что конфеты – это здорово, и научились их разворачивать. От детей научились обращаться с конфетами их матери. Когда наступает период размножения, самки на последних стадиях беременности перестают присматривать за подросшими детьми, эту обязанность берут на себя взрослые самцы. Очень постепенно и они научились от своих отпрысков есть конфеты. Позже всего новшество дошло до молодых самцов, которых взрослые изгоняют на «задворки общества». Чтобы традиция есть конфеты распространилась во всем стаде, потребовалось почти три года. С тех пор, уже много лет, дикие макаки прекрасно разбираются в конфетах, знание передается из поколения в поколение. Элементами культуры, как выяснилось, являются и взаимоотношения в обществе. Далеко не во всех стадах макак царят суровые нравы. И там, где вожаки относятся к подчиненным мягче и дружелюбней, распространение нового культурного элемента произошло в течение всего двух–трех месяцев! То есть более «демократичное» общество обезьян способно перестраиваться согласно изменениям условий быстрее и успешнее, чем общество «тираническое».

Другой случай у тех же японских макак вполне можно сравнить с изобретением человеком каменного топора. Макаки часто совершали набеги на поле батата. Выкопанный батат, как и выдернутая с грядки морковка, весь в песке, есть его невкусно, и обезьяны старательно очищают налипшую землю. Одна из молоденьких самок, случайно уронив батат в море (стадо жило на побережье), обнаружила, что в воде земля отходит лучше. И она начала бататы мыть! Это была, вне всякого сомнения, совершенно гениальная самка, ведь и до этого тысячи обезьян тысячу раз роняли бататы в воду. И точно так же, как и в случае с конфетами, навык распространился и вошел в культуру – вскоре все макаки этой группы стали мыть клубни.

Невозможно удержаться и не рассказать, что было дальше. Та же самка, только уже в более почтенном возрасте, сделала ещё одно гениальное открытие. Обезьян подкармливали зерном, просто бросая пригоршню–другую на песок пляжа. Животные выбирали зерна из песка и были вполне счастливы. Наша самка через некоторое время сообразила сгребать в пригоршню зерно вместе с песком и бросать в воду. Песок тонул, зерно всплывало, самка собирала его с поверхности одним движением и отправляла в рот полную горсть чистого зерна. Не слабо? И этот навык тоже вошел в культуру стада и начал передаваться из поколения в поколение.