Эволюция: Неопровержимые доказательства - Джерри Койн

На что ни взглянешь в природе, везде увидишь животных, которые, как может показаться, замечательно сконструированы, чтобы вписываться в окружающую среду, будь то физические параметры, такие как температура и влажность, или взаимодействие с другими организмами – соперниками, хищниками и добычей, – с которыми животным приходится иметь дело. Неудивительно, что самые первые натуралисты верили, будто животные были созданы верховным Богом-творцом, чтобы исполнять каждое свою роль.

Дарвин в «Происхождении видов» опроверг это представление. В одной-единственной главе он полностью заменил века убежденности в идее божественного творения новой идеей неразумного материалистического процесса, естественного отбора, который мог дать тот же результат. Трудно переоценить эффект, который это откровение оказало не только на биологию, но и на мировоззрение человечества. Многие до сих пор не оправились от потрясения, и идея естественного отбора до сих пор вызывает яростные и иррациональные протесты.

Однако естественный отбор еще и поставил перед биологией ряд вопросов и нерешенных задач. Каковы доказательства того, что он действует в природе? Может ли естественный отбор и впрямь объяснить адаптации, включая сложные? Дарвин в своих построениях в основном полагался на аналогию: широко известный успех сельскохозяйственных производителей, которые преображали животных и растения в организмы, пригодные для пищи, содержания в домашних условиях и для декоративных целей. Но на тот момент у Дарвина было очень мало прямых доказательств в пользу того, что естественный отбор работает в природных популяциях. И поскольку, как предполагал Дарвин, естественный отбор работает крайне медленно, изменяя популяции за тысячи или миллионы лет, трудно было бы проследить его в действии в течение одной человеческой жизни.

К счастью, благодаря усилиям полевых и лабораторных биологов теперь у нас есть доказательства естественного отбора – и в изобилии. Как обнаруживается, естественный отбор действует везде и во всем, он тщательно исследует каждую особь, выбраковывает непригодных и сохраняет гены более приспособленных. Естественный отбор способен порождать сложные адаптации, и иногда за удивительно короткий срок.

Естественный отбор представляет собой ту часть дарвинизма, которую чаще и больше всего понимают неверно. Чтобы увидеть, как он работает, давайте рассмотрим простую адаптацию: окрас шерсти у хомячков. У «классического» берегового хомячка (Peromyscus polionotus) шубка коричневая, а водится он в почве темных тонов. Но в дюнах на побережье Флоридского залива, состоящих из светлого песка, обитает разновидность того же вида под названием пляжный хомячок, у которого окрас светлее, почти белый с едва заметной коричневой полоской вдоль хребта. Этот более светлый окрас представляет собой адаптацию, призванную замаскировать хомячка от хищников, таких как ястребы, совы и цапли, которые охотятся в дюнах белого песка. Откуда мы знаем, что это адаптация? Простой (хотя и несколько жестокий) эксперимент, проведенный Дональдом Кауфманом из Университета штата Канзас, показал, что хомячки лучше выживают в природе, если их шерсть соответствует цвету почвы, в которой они живут. Кауфман выстроил два больших загона на открытом воздухе и в один поместил темную почву, а в другой светлую. В каждый из загонов он посадил равное количество хомячков темного и светлого окраса. Затем он запустил в каждый из загонов по очень голодной сове, а через некоторое время проверил, какие хомячки уцелели. Как он и ожидал, хомячки, чей окрас наиболее сильно контрастировал с почвой, стали совиной добычей быстрее остальных, тем самым доказав, что замаскированные хомячки, сливающиеся с окружающей средой, выживают лучше. Этот эксперимент также объясняет общую закономерность, наблюдаемую в природе: в более темной почве живут хомячки более темного окраса.

Поскольку пляжные хомячки со своим светлым окрасом уникальны, то, вероятнее всего, они развились из коричневых континентальных хомячков, возможно, сравнительно недавно, около 6000 лет назад, когда их белые дюны были впервые изолированы барьерами от материка. Вот тут и начинает действовать естественный отбор. Окрас континентального хомячка варьирует, и среди тех, кто переселился в светлые дюнные пески, шансы на выживание выше у хомячков со светлым, а не с темным окрасом, поскольку темных хомячков быстрее замечают хищники. Нам также известно, что между темноокрашенными и светлоокрашенными хомячками есть генетические различия: пляжные хомячки несут «светлые» формы нескольких генов пигментации, которые в совокупности и придают светлый окрас их шерсти. Темные континентальные хомячки – носители «темных» альтернативных форм тех же генов. Со временем вследствие дифференцированного хищничества светлоокрашенные пляжные хомячки передали бы больше копий своих «светлых» генов (у них выше шансы на выживание и размножение), и если бы этот процесс продолжался поколение за поколением, то окрас у популяции пляжных хомячков эволюционировал бы от темного к светлому.

Что здесь произошло? Естественный отбор, воздействуя на окрас животного, просто изменил генотип популяции, увеличив пропорцию «светлых» аллелей генов, которые повышают шансы на выживание и воспроизводство. И, хотя я написал, что естественный отбор действует, но выразился не вполне точно. Отбор – не механизм, навязанный популяции извне, скорее, это процесс, описание того, как частота встречаемости генов, которые порождают лучшие адаптации, со временем увеличивается. Когда биологи говорят, что отбор действует на какой-то признак, они используют это выражение для краткости и подразумевают, что данный признак проходит процесс естественного отбора. В том же смысле биологические виды не пытаются адаптироваться к своему окружению: тут не вовлечена чья-либо воля или желание, нет сознательных попыток. Адаптация к окружению неизбежна, если у вида есть правильный тип генетической изменчивости.

Естественный отбор создает адаптацию, опираясь на три основных условия. Первое – изначальная популяция должна быть изменчивой: так, хомячки внутри популяции должны как-то различаться по вариантам окраса. Иначе данный признак не сможет эволюционировать. В случае с хомячками мы знаем, что это так, потому что хомячки в материковой популяции проявляют изменчивость окраса.

Второе условие осуществления процесса адаптации таково: вариация должна опираться на изменения генов, т. е. у нее должен быть генетический базис (наследуемость). Если бы между светлоокрашенными и темноокрашенными хомячками не было генетической разницы, то светлые бы все равно лучше выживали в дюнах, однако разница в окрасе не передалась бы следующему поколению и эволюционные изменения не произошли бы. Мы знаем, что генетическое условие в случае этих хомячков также соблюдено. На самом деле нам в точности известно, какие именно два гена больше всего влияют на разницу между темным и светлым окрасом. Один из них называется Agouti (агути), и это тот же самый ген, мутации которого порождают черный окрас у домашних кошек. Второй ген называется Mc1r, и одна из его мутантных форм у людей, особенно часто встречающаяся в ирландской популяции, порождает веснушки и рыжие волосы{28}.