Менно Схилтхёйзен - Дарвин в городе: как эволюция продолжается в городских джунглях

Конечно, нельзя исключить, что 18 ноября 1878 года эволюция интересовала Дарвина в последнюю очередь. Может, он ухаживал за своими орхидеями или играл с внуками, а может, ему нездоровилось. Но нам-то, разумеется, хочется думать, что он не просто так решил оставить письмо без ответа. Если тому и есть причина, могу лишь предположить, что Дарвин недооценил собственное открытие – естественный отбор – и не сумел представить себе, что его можно наблюдать в реальном времени, в течение нескольких лет или десятилетий. В конце концов, четвертая глава «Происхождения видов» гласит: «Мы ничего не замечаем в медленно текущих переменах, пока рука времени не отметит истекших веков».

На предыдущих страницах этой величайшей книги Дарвин описал основные положения своей теории в четырех простых и решительных шагах. Первый – изменчивость: каждая особь чем-то отличается от другой, даже если это не всегда заметно. Второй – наследственность: потомство похоже на родителей. Третий – избыточность: выживает лишь малая часть потомства. Четвертый – отбор: выживают не случайные особи, а те, кто лучше всего приспособлен к окружающему миру. Для Дарвина и всех, кто осознал значимость его открытия, естественный отбор – это закон природы. Как писал Дарвин, «естественный отбор ежедневно и ежечасно расследует по всему свету мельчайшие изменения, отбрасывая дурные, сохраняя и слагая хорошие».

И все же, несмотря на утверждения про «ежедневно и ежечасно», Дарвин не считал, что естественный отбор можно наблюдать в реальном времени. Возможно, у ученого просто не хватало познаний в математике, чтобы рассчитать, насколько скоро он может проявляться. Это сделали в 1920-х специалисты по математической биологии, такие как Джон Холдейн и Роналд Фишер. Когда теорию описали в математических формулах, появилась возможность оценить, следовало ли ее создателю быть столь пессимистичным.

Как выяснилось, не следовало. Скорее всего, Дарвин считал естественный отбор линейным процессом – и в этом была его ошибка. Размышлял он, вероятно, следующим образом. Допустим, у нас есть популяция из ста тысяч мотыльков со светлыми крыльями. Тут появляется мутант с черными крыльями, которые дают ему незначительное преимущество перед сородичами. Пусть это преимущество составит 1 %, то есть на каждую сотню выживших и оставивших потомство чернокрылых мотыльков придется 99 со светлыми крыльями. Сколько времени понадобится популяции из сотни тысяч белокрылых мотыльков и одного чернокрылого мутанта, чтобы избавиться от белых крыльев и стать полностью чернокрылыми? Вечность? Вовсе нет – всего несколько сотен поколений.

Все дело в том, что естественный отбор – процесс нелинейный. Поначалу, пока чернокрылые мотыльки встречаются редко, их численность растет медленно – мотылек тут, мотылек там. А вот когда она возрастает на несколько процентов, процесс ускоряется: тысячи чернокрылых мотыльков обладают одним и тем же преимуществом, а их совместное потомство, пополняя генофонд популяции, с каждым днем становится все темнее.

В этом можно убедиться, проведя симуляцию. На сайте Рэдфордского университета можно указать размер популяции, преимущество от мутации (так называемый коэффициент отбора) и изначальную численность особей с этой мутацией. Виртуальная популяция начнет эволюционировать, формируя S-образную кривую. Если поиграетесь с исходными данными, то увидите, что численность популяции не так уж важна: десять тысяч, сто тысяч и даже миллион мотыльков станут исключительно чернокрылыми меньше чем за тысячу поколений, и все это из-за преимущества в один процент. Если повысить коэффициент отбора до 5 %, потребуется всего 200 поколений. У некоторых видов бабочек 200 поколений сменится меньше чем за век. Словом, в теории даже слабый естественный отбор может сильно сказаться на популяции, прежде чем та самая рука времени примется за истекающие века.

По всей видимости, Дарвин ни разу не задумывался, что эволюция бывает настолько прыткой. Хотя… В первых четырех изданиях «Происхождения видов» он подчеркивает: «Полагаю, что естественный отбор будет всегда действовать очень медленно». Но в пятом издании, вышедшем спустя десять лет после четвертого, он заменил «всегда» на «обычно» – возможно, успел засомневаться в том, что эволюция должна быть медленной. Как бы то ни было, Дарвин не обратил внимания на письмо Фарна, и скоростной эволюции так называемого индустриального меланизма пришлось дожидаться следующего поколения ученых. Только открыли ее не у Charissa obscurata , а у Biston betularia , березовой пяденицы. Об этой бабочке вы наверняка слышали в школе, ведь она – самый популярный пример городской эволюции. Но поскольку не так давно ее история обросла новыми подробностями, надеюсь, меня простят за ее пересказ.

Нам кажется, что быстрый рост – удел современных городов, но с 1770 по 1850 год Манчестер разросся не хуже мегаполиса XXI века: было 24 тысячи жителей, а стало 350 тысяч. Работающие на угле текстильные фабрики собрали рабочих из окрестных деревень и принялись активно все вокруг загрязнять. Из их труб вместе с дымом повалили сажа, сера и закись азота. Небо стало темнее, солнце потускнело, а в безветренные дни стояла такая густая дымка, что не разглядишь и соседей из окна. Все вокруг – дома, дороги, даже деревья в пригороде – медленно, но верно покрывалось мельчайшими частицами сажи.

Представьте себе осенний денек в 1819 году. Тогда в лесу за чертой Манчестера произошло кое-что занимательное. Вот гусеница березовой пяденицы ( Biston betularia ) тихонько ползет вниз по черному от сажи стволу березы. Скоро она доберется до земли, чтобы там окуклиться. Как и подобает гусенице пяденицы, она цепляется за кору грудными ногами, подтягивает к ним мягкие ложные ноги, расположенные на заднем конце ее веткообразного тела, и выгибается, словно греческая буква «омега». Затем, как следует уцепившись ложными ногами, она отцепляет от коры грудные ноги и вытягивается вперед, подтягивает ложные ноги, выгибается, вытягивается… И так без устали, пока не доползет до подножия дерева.

Хотя гусеница по определению является неполовозрелой, ее половые железы уже сформированы и активно вырабатывают сперматозоиды – они понадобятся вскоре, по завершении стадии куколки, когда из нее выберется взрослый самец березовой пяденицы с черными узорами на белых крылышках. Во всяком случае, так выглядели его родители, да и вообще все березовые пяденицы в Британии до этого дня. Но вот наша гусеница наконец доползает до травы под деревом, и в одной из клеток половой железы происходит что-то странное – что-то, что изменит ход эволюции березовых пядениц. В то время как хромосомы расходятся друг от друга и упаковываются в будущие сперматозоиды, от одной из них отделяется небольшой участок ДНК. Это транспозон, или «прыгающий ген» – он может выскочить из своей хромосомы и устроиться где-нибудь в другом месте. Именно это наш транспозон и делает. Пока гусеница, не ведая о происходящем, пробирается через траву, ферменты – так называемые транспозазы – вырезают из ДНК кусок размером почти в 22 тысячи нуклеотидов и переносят его прямо в ген под названием cortex , регулирующий окраску крыльев бабочек.