Удивительная эволюция. Биологическая история Земли в невероятных превращениях и мутациях организмов - Джонатан Б. Лосос

Конечно, вам придется толковать происходящее на участках в пользу то одного, то другого варианта, чтобы избежать любого отклонения, способного повлиять на результаты.

В конце 1970-х годов штат экологов, включая Мика Кроули из Силвуд Парк, занимался продвижением экспериментального метода, утверждая, что проводившиеся на протяжении десятилетий неэкспериментальные исследования в области экологии заводили в тупик и что требовался более действенный метод. Да, проводить эксперименты в природной среде не так просто, но делать это необходимо, настаивали они. Одним из лидеров этого движения был сэр Нельсон Хейрстон из университета Северной Каролины. И именно в его лабораторию потянуло молодого Ленски, после того как он в двадцать лет окончил колледж.

Хейрстон был человеком широких взглядов и в том, что касается исследуемых проблем, и в отношении используемых им для изучения организмов. Одно лишь было неизменным – главенство экспериментального метода. Интерес Ленски к тому, как функционируют разные экосистемы, был в этом смысле вполне уместен, а жуки Аппалачей представляли собой хороший объект для исследований.

Темой докторской диссертации Ленски было обилие двух распространенных видов жуков в лесах Северной Каролины. Ленски интересовали два вопроса: соперничают ли эти виды за ресурсы и, учитывая его заметный интерес к проблемам окружающей среды, как влияет на популяции жуков массовая вырубка лесов.

Свою работу Ленски разделил на два этапа. Во-первых, он воспользовался классическим сравнительным методом. Он посетил множество разных мест, где собирал жуков. Имея конкретные данные, Ленски мог понять, какие факторы влияли на обилие каждого вида. Далее, чтобы проверить гипотезу, полученную на основе этих данных, он построил большие загоны, чтобы проводить там эксперименты, в процессе которых эти факторы (плотность популяций жуков, сравнения обычных лесных участков с вырубленными) менялись.

На словах все просто, но для этого потребовалось выполнить огромный объем работы.

Каждая почвенная ловушка представляла собой выкопанную в земле ямку глубиной четыре с половиной дюйма, в которую затем помещали пластиковый стакан. Само по себе это нетрудно, если не считать того, что для одного исследования понадобилось выкопать сто девяносто две таких ямки, а для другого – шестьдесят четыре. Каждый день на протяжении двух месяцев Ленски топал в гору к своим экспериментальным местам и переходил от одной ямки к другой, проверяя их содержимое, вынимая, изучая и выпуская кого-то на волю.

Готовить и проводить эксперименты тоже было делом трудоемким. Квадратные загоны – каждая сторона длиной пять футов в одном эксперименте и двадцать футов в другом – возводились путем погружения алюминиевых козырьков в землю. За сидевшими в них жуками регулярно следили с помощью почвенных ловушек. А самых везучих даже кормили с руки каждый раз, когда ловили, чтобы увидеть, влияет ли на их размер и репродуктивный цикл такой фактор, как доступность корма. Одни эксперименты длились две недели, другие – три месяца.

Две части проекта хорошо коррелировали друг с другом: эксперименты в целом подтверждали гипотезу, полученную на основе неэкспериментальных исследований. Результаты показали, что жуки, обитавшие в лесу, чувствовали себя лучше, чем те, что жили на вырубленных участках, и что соперничество за корм между видами может быть важным фактором, регулирующим их популяции.

Докторская диссертация Ленски имела большой резонанс. За ней последовало шесть научных публикаций – три из них в самых топовых научных журналах, что свидетельствовало не только о том, что это высококлассная работа, но и о том, что Ленски – перспективный молодой ученый. Будущее его было блестящим.

И все же что-то было не так. Ленски уже утратил интерес к своей исследовательской программе. За годы учебы в магистратуре его интересы изменились. Несколько прослушанных им познавательных курсов по эволюции, а также бесчисленные беседы с другими студентами магистратуры во время пятничных посиделок за пивом пробудили в нем желание изучать процесс адаптации организмов к своему окружению. И тогда он решил заняться поисками организма, более подходящего для изучения эволюционных изменений, в частности, пригодного для реализации экспериментального метода, который он так быстро оценил.

Ленски читал о классическом эксперименте в области генетики микроорганизмов, еще учась в магистратуре[44]. «Я посчитал, что поскольку я собираюсь работать с чем-то новым и незнакомым (это может быть чем угодно), то можно остановить свой выбор на микробах, так как они обладали преимуществами модельной системы, которая доказала свою ценность в других областях», – говорил он. Так колеоптеролог стал микробиологом.

ПО СТОПАМ ЛЕНСКИ ПОСЛЕДОВАЛА ДЛИННАЯ ЧЕРЕДА ученых, которые прежде изучали эволюцию в лабораторных популяциях. С начала XX века были проведены тысячи – а, возможно, десятки тысяч – подобных экспериментов. И результаты оказались удивительно схожими. Потому что какой бы организм вы ни поместили в лабораторные условия с целью его выращивания, отбор, влияющий почти на каждый его признак, приведет к стремительной эволюционной реакции в предсказуемом направлении. В этих исследованиях рассматривались не только ожидаемые признаки – размер тела, окрас, количество щетинок на заднем конце туловища плодовой мушки, – но и масса самых разных признаков, таких как склонность плодовых мушек лететь на свет или их невосприимчивость к парам алкоголя (более подробно об этом в одиннадцатой главе). По большому счету, возьмите любой признак, варьирующийся в рамках популяции, подвергните его искусственной селекции, и вы получите эволюционную реакцию.

Тот же самый подход используется для выведения новых пород крупного рогатого скота и сельскохозяйственных культур, знакомых всем нам. Но они мало похожи на своих диких предков. Например, у теосинте, прародителя кукурузы из высокогорных районов Мексики, есть колосовое цветорасположение длиной четыре дюйма с десятком зернышек и плотным внешним покрытием. И это растение отделяет долгий эволюционный путь от тех сотен сочных открытых зернышек в початках кукурузы, которые мы собираем каждое лето.

Фабричные куры способны производить свыше трехсот яиц в год, существенно больше, чем их предки, кустарниковые курицы. Точно так же в результате искусственного отбора появились датский дог и чихуахуа – оба родственники дикого волка.

Искусственный отбор стал благом для науки, сельского хозяйства и жизни человека в целом. Но в качестве полноценного аналога естественному процессу эволюции он не годится. Когда Ленски уже заканчивал работу над докторской диссертацией, он пришел к выводу, что есть два способа, с помощью которых можно приблизить лабораторные исследования к происходящим в природе процессам.