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

Сегодня многие страны потихоньку исправляются и запрещают чрезмерное использование и выброс загрязняющих веществ в густонаселенных местах. И все же там, где живут люди, полностью избежать загрязнения окружающей среды не удастся – с этим придется смириться. Наши занятия, многочисленные и разнообразные, предполагают постоянный выброс тех или иных веществ в повышенной концентрации. Да, на смену самым ядовитым химикатам приходят менее вредные аналоги – и даже их использование стараются регулировать по максимуму. Тем не менее, попав в городскую среду, дикие животные и растения все равно сталкиваются со всевозможными химическими веществами, нарушающими нормальную работу их организмов, в гораздо большей степени, чем их сородичи на природе.

Словом, способность выжить посреди обилия постоянно сменяющих друг друга химикатов – одно из многих требований, которые предъявляет виду город. Более полувека назад мысли об этом ничего, кроме отчаяния, не вызывали. В 1962 году вышла знаменитая книга Рейчел Карсон «Безмолвная весна» [19] В советском издании этой книги имя автора было переведено иначе (Рахиль Карсон. Безмолвная весна. – М.: Прогресс, 1965). – Прим. ред. о беспорядочном применении пестицидов. Вот что пишет автор:

«Со временем – спустя не годы, но тысячелетия – живое приспосабливается. <���…> Время – неотъемлемая составляющая, но в современном мире времени нет. <���…> Стремительность перемен и скорость появления новых условий следуют не за размеренным темпом природы, а за порывистой и необузданной прытью человека. <���…> Чтобы живое приспособилось к химикатам, ему требуется время по меркам природы – не человеческая жизнь, а жизнь поколений».

Теперь мы знаем: при столкновении с загрязняющими веществами природа не всегда настолько немощна, как боялась Карсон. Когда вокруг множество химикатов, вытащить вид из гибельной трясины поможет эволюция. Многие животные и растения успешно сделали то же, что белоногие хомячки в Нью-Йорке, – приспособились к загрязнениям, изменив что-то в собственном организме.

Среди животных, которым это удалось, можно отметить фундулюса – рыбу, чье название будто бы вышло из печатной машинки Дугласа Адамса (к тому же он стал первой рыбой, побывавшей в космосе). Обыкновенный фундулюс ( Fundulus heteroclitus ) обитает в солоноватой воде и обладает плотным желтовато-коричневатым телом, покрытым серебристыми пятнышками и длиной не превышающим указательный палец. Его можно встретить в устьях рек и болотах восточного побережья Северной Америки – от Флориды до Новой Шотландии. Такой обширный ареал говорит об устойчивости его организма – вот одна из причин, по которой с конца XIX века фундулюса охотно используют во всевозможных экспериментах. В 1973 году его даже отправили на орбитальную станцию «Скайлэб», где провели ряд опытов на равновесие и координацию в невесомости.

Природа и сама оказалась не прочь поэкспериментировать с фундулюсом. Так как в ареал этой небольшой рыбки входят крупнейшие города и самые загруженные порты Северной Америки, ей не раз пришлось столкнуться с загрязненной средой. Фундулюсы барахтаются в грязной гавани Нью-Бедфорда в Массачусетсе и в порту Бриджпорта, крупнейшего города Коннектикута. Концентрация полихлорированных дифенилов (ПХД) в этих промышленных отхожих ямах достигает 20 миллиграммов на килограмм осадка – вот к чему в XX веке привели десятилетия беспорядочного выброса фабричных отходов прямо в воду. Казалось бы, двадцать миллиграммов – это не так уж много, но ПХД – одни из самых отвратительных и устойчивых веществ, произведенных в прошлом веке. Они без ограничений использовались в производстве охладительных элементов и смазок, в печати и во многих других отраслях. Еще в городских обителях фундулюсов высокое содержание полиароматических углеводородов (ПАУ) – веществ с мелодичным названием, но таким же губительным воздействием на среду.

Почему же ПХД и ПАУ считаются такими вредными? А потому, что они привязываются к определенному типу белка – рецептору ароматических углеводородов (AHR). Эти белки – своего рода переключатели программ развития эмбриона, как в человеческом организме, так и в организме рыбы. Если животное подвержено высокому уровню ПХД и ПАУ, эти молекулы все время тормошат белок AHR, а он в свою очередь включает те или иные программы слишком рано или не успевает вовремя их отключить. Под воздействием ПХД мальки фундулюсов, как правило, не доживают до зрелости – их сердце оказывается увеличенным или недоразвитым, а в хвосте наблюдаются кровоизлияния. Собственно, фундулюс – одна из самых чувствительных к этим веществам рыб.

Но это если речь идет об обычных мальках. Фундулюсов, обитающих в ядовитых топях Бриджпорта и гавани Нью-Бедфорда (и по меньшей мере еще в двух загрязненных портах на восточном побережье Северной Америки), обычными назвать никак нельзя. В ходе эволюции они научились справляться с загрязнениями.

Чтобы изучить проворство фундулюса в вопросах эволюции, Эндрю Уайтхед, биолог из Калифорнийского университета в Дейвисе, сравнил свойства особей с сильно загрязненных участков, попавших под государственную программу очистки Superfund, и из чистых вод по соседству. Так, меньше чем в 70 километрах от Нью-Бедфорда раскинулся остров Блок, до которого загрязнение, к счастью, не добралось. Содержание ПХД там настолько низкое, что его едва удалось определить, – аж в 8000 раз ниже, чем в гавани Нью-Бедфорда. А в 15 километрах от зловонных коктейлей Бриджпорта, у другого берега пролива Лонг-Айленд, фундулюсы радуются жизни в прекрасной лагуне Флакс-Понд, где ПХД нет и в помине.

Здесь и еще в двух парах загрязненных и чистых мест Уайтхед наловил фундулюсов и проанализировал их ДНК, чтобы понять, приходятся ли рыбы в каждой паре мест друг другу ближайшими родичами. Как выяснилось, да: у фундулюсов в лагуне Флакс-Понд и в порту Бриджпорта был общий предок, как и у обитателей гавани Нью-Бедфорда и прибрежных вод острова Блок. Впрочем, на этом их схожесть заканчивалась: в эволюционном плане рыбы с загрязненных участков сильно отдалились от сородичей из чистых вод. Как обнаружил Уайтхед в лабораторных экспериментах, они оказались невосприимчивы к смертельным концентрациям ПХД: если фундулюсы с острова Блок, попав в такую воду, мигом всплыли бы кверху брюхом, то рыбы из Нью-Бедфорда в ней и плавником не повели. То же с рыбами из Бриджпорта и лагуны Флакс-Понд, а также еще из двух пар мест.

В 2016 году Уайтхед и его команда опубликовали в журнале Science статью, где рассказали, как фундулюсу это удалось. Они прочитали геном (полную последовательность всех хромосом, букву за буквой) пятидесяти особей с каждого из восьми участков. Как выяснилось, у каждой рыбы из загрязненной среды мутировали гены, отвечающие за белки AHR, а у некоторых обнаружились мутации и в генах белков, с которыми AHR взаимодействуют. Что интересно, многие мутации были присущи только особям с того или иного загрязненного участка. Это значит, что эволюция несколько раз независимо сделала рыб невосприимчивыми к ПХД.