Эволюция. Триумф идеи - Карл Циммер

Дарвин был абсолютно убежден, что причудливая форма цветков орхидей сформировалась именно в процессе коэволюции; он даже высказал в книге смелое предсказание. Как раз в то время исследователи нашли на Мадагаскаре орхидею Angraecum sesquipedale с ее 40-сантиметровым нектарником. Дарвин высказал уверенность в том, что на острове найдется и насекомое с соответствующим по размеру длинным язычком, как бы странно это ни звучало. Пыльца орхидеи, написал он, «не будет извлечена, пока какой-нибудь огромный мотылек с необычайно длинным хоботком не попытается выпить последнюю каплю нектара».

Время шло, а чудесного мотылька все не было. Но Дарвин, несмотря ни на что, продолжал надеяться. И только в 1903 г. энтомологи сообщили о существовании именно такого насекомого. Находка получила название Xanthopan morgani praedicta (praedicta означает «предсказанный») в честь Дарвинова предсказания. Сегодня биологам известно немало и других видов мотыльков и мух с длинными язычками, при помощи которых они пьют нектар других цветков с такими же длинными нектарниками. Такие пары можно найти не только на Мадагаскаре, но также в Бразилии и Южной Африке. Но можно с уверенностью сказать: счастлив ученый, у которого хотя бы однажды сбылось самое странное, самое необычное предсказание.

Матрица коэволюции

Коэволюция — гораздо более мощное и распространенное явление, чем мог предположить Дарвин. Даже среди растений, подсказавших ему саму концепцию коэволюции, оно встречается значительно чаще, чем представлялось ранее. В настоящий момент ученые признают, что громадному большинству цветковых растений — 290 000 видов — для распространения пыльцы необходимы животные (лишь у 20 000 видов пыльца может разноситься ветром или водой). Вместо нектара некоторые растения предлагают насекомым в качестве «вознаграждения» смолу или масло, которые те используют при строительстве гнезд. Томаты и некоторые другие растения даже делятся с насекомыми пыльцой. Как правило, они держат пыльцу в особых контейнерах, напоминающих солонки с отверстиями; насекомое, опустившись на цветок, начинает махать крылышками с частотой, которая заставляет контейнер резонировать и вытрясает из него пыльцу. Пыльца при этом не только становится главным блюдом на пиру насекомого, но и обсыпает его с ног до головы.

Конечно, опылением цветков занимаются в основном насекомые, но некоторые позвоночные — около 1200 видов, главным образом птицы и летучие мыши, — тоже не брезгуют этим занятием. Подобно опылителям-насекомым, они определяют ход эволюции тех растений, которые опыляют. Цветки, опыляемые птицами, привлекают их ярко-красными лепестками (насекомые не различают цвета). В отличие от ароматных орхидей, цветы, опыляемые птицами, не имеют запаха — ведь у птиц очень слабое обоняние. Они держат свой нектар в длинных широких трубках, в которые удобно залезать длинным жестким птичьим клювом. С другой стороны, растения, опыляемые летучими мышами, раскрывают свои цветы по ночам, когда мыши покидают свои насесты в поисках пищи. Чтобы облегчить рукокрылым поиск, некоторые цветки приобрели в процессе эволюции чашеобразную форму, удобную для отражения и фокусировки звуковых волн, которыми летучие мыши пользуются при эхолокации. Эти акустические зеркала привлекают внимание ночных летунов и, подобно маяку, ведут их к источнику пищи.

Культурные растения нуждаются в опылителях нисколько не меньше, чем их дикие предки и родичи. Без опылителей яблоневый сад остался бы бесплодным, а на кукурузном поле невозможно было бы отыскать ни одного початка. Но растения — как дикие, так и культурные, — зависят в своем существовании и от других эволюционных партнеров. Растения производят органические углеводороды из углекислого газа и воды в процессе фотосинтеза, а вот извлекать из почвы азот, фосфор и другие питательные вещества им гораздо сложнее. К счастью, корни многих видов растений переплетаются с тончайшей сетью грибных волокон, которые обеспечивают им питание.

Грибы производят ферменты, которые разлагают почву и помогают всасывать из нее фосфор и другие химические вещества. Они доставляют эти питательные вещества в корни растения, а взамен получают некоторое количество органических веществ, созданных растением в процессе фотосинтеза. Грибы дорого берут за свои услуги: они отнимают у дерева около 15% всех органических углеводородов, созданных за год. Но дело того стоит: без грибов многие растения вырастают чахлыми и слабыми. Некоторые виды грибов способны также уничтожать почвенных нематод и прочих вредителей, а также повысить выносливость растения к засухе и другим природным катаклизмам. Они делают запасы извлеченных из растений углеводов, а затем перегоняют их по сети грибницы. Если одно из деревьев, связанных с этой грибницей, будет испытывать дефицит углерода, грибы могут поставлять его через корни. Получается, что леса, прерии и соевые поля — это не набор отдельных особей, а всего лишь видимая часть громадной эволюционной матрицы.

Биохимическая война

В результате коэволюции может родиться поистине взаимовыгодное сотрудничество, но столь же легко она может превратить виды во врагов, тонко настроенных друг на друга. Постоянная угроза со стороны хищника подгоняет эволюцию жертвы, заставляя животных становиться еще мобильнее, еще несъедобнее, еще незаметнее. В ответ хищники тоже вольны развивать быстрые ноги, сильные челюсти или острое зрение. Таким образом, хищник и жертва вступают в своеобразную биологическую гонку вооружений, где на каждое новое приспособление одного противника следует адекватный ответ другого.

Гонка вооружений может дать животному грубую силу или скорость, а может — снабдить сложнейшими средствами ведения химической войны. Одно из лучших мест, где можно убедиться в этом, — болотистые равнины и леса тихоокеанского побережья, на северо-западе США. Там обитает орегонский тритон — 20-сантиметровое земноводное с ярко-оранжевым брюшком. При опасности тритон демонстрирует окружающим свое брюшко, и хищник поступит разумно, если отступится, распознав яркое пятно как предупреждение. Если хищник все же съест тритона, он почти наверняка погибнет — ведь тот производит нервный яд, достаточно мощный, чтобы убить 17 взрослых людей или 25 000 мышей.

Поскольку даже небольшой доли тритонова яда достаточно, чтобы погубить большинство хищников, можно решить, что тритон напрасно производит его так много. Но есть хищник, который остается угрозой даже для самых ядовитых тритонов. Эдмунд Броуди из Университета Юты и его сын, тоже Эдмунд, биолог Университета Индианы, обнаружили, что краснобокая подвязочная змея спокойно поедает орегонского тритона и не боится отравиться, поскольку обладает генетической устойчивостью к его яду.

У других хищников (включая и другие виды подвязочных змей) яд тритона блокирует некоторые каналы на поверхности нервных клеток, нарушая таким образом нервные связи и вызывая смертельный паралич. Но краснобокие змеи развили у себя в процессе эволюции особые нервные каналы, которые этот яд не может полностью блокировать. Пообедав орегонским тритоном, змея может на несколько часов впасть в оцепенение, но со временем придет в себя и полностью оправится. Угроза со стороны подвязочных змей заставила тритонов эволюционировать так, чтобы вырабатывать больше яда, а это, в свою очередь, ускорило эволюцию змей в направлении большей сопротивляемости.