Эволюция. Триумф идеи - Карл Циммер

Партнеры, подобные уже рассмотренной нами паре — орхидея и мотылек, — вовсе не появились на свет в современном виде, с готовыми приспособлениями. Они эволюционировали вместе, развиваясь в направлении все большей и большей близости; эти эволюционные процессы продолжаются и сегодня. Каждое поколение растений, к примеру, улучшает свою защиту от насекомых-вредителей, но одновременно и насекомые развивают все новые способы обходить их защитные приспособления.

Ученые установили, что процессы, при которых эволюция одного вида направляет и подталкивает эволюцию другого, — известные как коэволюция — одна из мощнейших сил, формирующих жизнь. Коэволюция может создавать самые необычные анатомические приспособления, вроде 40-сантиметрового язычка у небольшой вроде бы ночной бабочки. Именно ей, коэволюции, мы обязаны значительной частью биологического разнообразия, поскольку спираль коэволюции порождает миллионы новых видов. Кроме того, игнорировать факт коэволюции чрезвычайно опасно. Зерновые, которыми мы питаемся, бумага, на которой напечатаны эти слова, — все растения, от которых мы зависим, коэволюционируют с множеством партнеров, как поддерживающих жизнь, так и разрушающих. За то, что мы так бездумно видоизменяем коэволюционный танец, нам, возможно, придется дорого заплатить.

Сексуальные посредники

Концепция коэволюции возникла у Дарвина в 1830-х гг., когда он пытался разгадать загадку секса у растений. Как правило, у цветка имеются и мужские, и женские половые органы. Мужские органы — пыльники — содержат зерна пыльцы, которые, проникая в женский орган — пестик — оплодотворяют будущие семена. Казалось бы, чтобы спариваться между собой, растениям пришлось бы выдернуть корни из земли и отправиться на поиски партнера. На самом деле мы знаем, что ничего подобного не происходит. Тем не менее пыльца с одного растения каким-то образом попадает на пестик другого. И не просто другого, а представителя того же вида.

Некоторым растениям для этого достаточно доверить свою пыльцу ветру. Но Дарвин обнаружил, что некоторые растения используют для переноски пыльцы насекомых. Он наблюдал, как пчелы прилетают на цветки красной фасоли, чтобы напиться сладкого нектара. Пробираясь по лепесткам цветка, пчела неизменно трется о пыльники и подхватывает какое-то количество пыльцы. А оказавшись на другом растении, она стряхивает пыльцу на пестик. Дарвин понял, что растения используют пчел для занятий сексом, а за услуги расплачиваются с ними нектаром.

Другой ученый мог бы удовлетвориться таким замечательным открытием. Но Дарвину было недостаточно понимать существующие механизмы природы, он хотел выяснить, как они возникли, разобраться в их истории. Дарвин пришел к выводу, что в случае с цветами и опыляющими их насекомыми эволюция, должно быть, шла довольно сложным путем. Вообще, в данном случае речь шла не о том, что вид адаптировался к внешним условиям, таким как сила тяжести или вязкость воды. В данном случае два вида живых существ адаптировались друг к другу. В то время как гравитационная сила неизменна, виды могут изменяться с каждым новым поколением.

В «Происхождении видов» Дарвин привел один пример того, как коэволюция может сформировать два вида. Луговой клевер в обычных условиях опыляют шмели. Но представьте, что однажды — совершенно неожиданно — все шмели исчезнут. Если луговой клевер не сможет обзавестись новым партнером-опылителем, он не сможет размножаться и тоже исчезнет.

В принципе, вакантное место могут заполнить медоносные пчелы. В обычных условиях они опыляют другую форму клевера, известную как клевер пунцовый. Но некоторые пчелы, возможно, начнут пользоваться запасами сладкого нектара, который останется невостребованным после исчезновения шмелей. Поначалу пчелам придется нелегко, ведь у них не такие длинные язычки, как у шмелей, и нектара им будет доставаться куда меньше, чем шмелям. Но пчела, которой повезет родиться с необычно длинным язычком, получит щедрое вознаграждение и никогда не будет испытывать недостатка в нектаре лугового клевера, так что естественный отбор, возможно, позаботится о том, чтобы со временем язычки у медоносных пчел удлинились.

Тем временем и луговой клевер, возможно, адаптируется к своему новому опылителю, медоносной пчеле. Пыльца растения, цветок которого окажется чуть более доступным для пчелы, распространится дальше, чем пыльца других растений. Постепенно цветки лугового клевера и медоносные пчелы приспособятся друг к другу.

«Таким образом я могу понять, — писал Дарвин, — как цветок и пчела могли бы медленно, одновременно или по очереди, изменяться и приспосабливаться друг к другу самым идеальным образом, путем регулярного сохранения особей, представляющих взаимные и в чем-то благоприятные отклонения в строении».

Вскоре после окончания работы над «Происхождением видов» Дарвин открыл для себя, насколько сильно цветы и насекомые могут влиять друг на друга. Он начал изучать орхидеи — как местные в полях вокруг Даун-Хауса, так и экзотические виды, которые ему присылали из тропиков и которые он выращивал в оранжерее. Во времена Дарвина большинство людей считало, что орхидеи созданы исключительно для услаждения человеческого взора. Но Дарвин понял, что форма их необыкновенных цветов — не красота ради красоты, а сложное устройство для вовлечения насекомых в сексуальную жизнь растений.

Подобно механику, разбирающему машину, чтобы разобраться в ее устройстве, Дарвин пытался понять, как устроена орхидея и как части цветка взаимодействуют между собой. Среди видов, которые произвели на него особенно сильное впечатление, была южноамериканская орхидея Catasetum saccatum. Это растение держит свою пыльцу на специальном диске, прикрепленном к гибкому побегу; изначально побег загнут назад таким образом, что диск находится внутри цветка. Там он и остается, а побег напрягается так, что вся конструкция напоминает взведенный арбалет. Когда на орхидею, чтобы напиться нектара, прилетает насекомое, ему приходится садиться на особый чашевидный лепесток, горизонтально торчащий из цветка наружу. При этом чтобы добраться до нектара, нужно проползти по лепестку, задевая спиной за особую нависающую сверху «антенну». Антенна прикрепляется к гибкому побегу, и вся система вместе работает как спусковой крючок. Побег «выстреливает» и хлопает диском с пыльцой по спинке пчелы.

Дарвин установил, что пыльцу цветка практически невозможно высвободить как-то иначе. Образцы С. saccatum, которые он изучал, были доставлены поездом, но даже тряска в вагоне не заставила пыльники взорваться и выпустить пыльцу. Дарвин тыкал иглой в разные части цветка — и ничего не происходило. «После испытаний, проведенных на пятнадцати цветках трех разных видов, — писал он позже, — я обнаружил, что никакое умеренное воздействие на любую часть цветка, за исключением антенны, не дает никакого результата». Стало понятно, что орхидеи эволюционировали вместе с насекомыми-опылителями.

Дарвин описал эти и многие другие орхидеи в книге с длинным названием «О различных приспособлениях, посредством которых британские и заморские орхидеи опыляются насекомыми, и о положительных эффектах скрещивания». Как и в «Происхождении видов», Дарвин развивал теорию эволюции, но делал это более искусно, чем в предыдущей книге. Автор вел читателя от одной орхидеи к другой, показывая сложное устройство каждого цветка и его уникальные приспособления к половой жизни. Если прежде он показал, что морские уточки — это высокоразвитые ракообразные, то теперь наглядно продемонстрировал, что орхидеи — высокоразвитые цветковые растения. Эволюция растянула, перекрутила и трансформировала части обычных цветов, чтобы превратить их в катапульты и другие устройства, при помощи которых орхидеи распространяют свою пыльцу.