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

Давайте сейчас вернемся немного назад, к тому признаку, что дает функционально похожий результат, но обнаруживает чуть большие анатомические различия.

Способность летать эволюционировала у позвоночных трижды: у летучих мышей, птиц и птерозавров (крупных рептилий, покоривших небо в эпоху динозавров). У всех трех видов передние конечности трансформировались в крылья, и они летают (в случае с птерозаврами – они летали), по сути, одинаково: взмахивают легкими крыльями, обеспечивая движение вверх и выбрасывание тела вперед.

Но при более внимательном изучении выясняется, что крылья этих летающих позвоночных устроены совсем по-разному. Самым очевидным отличием является сама аэродинамическая поверхность. Птицы используют перья, растущие из костей их крыльев. В противоположность им крыло летучих мышей и птерозавров состоит из тонкой, но очень крепкой кожи, натянутой между костями пальцев и туловищем, а в некоторых случаях крепится даже к задним конечностям. Строение скелета крыльев у этих трех групп летунов также заметно отличается.

У летучих мышей (сверху), птиц (посередине) и птерозавров (внизу) крылья развились за счет удлинения различных частей передних конечностей. Кроме того, поверхность крыла у летучих мышей и птерозавров состоит из кожи, в то время как птицы пользуются перьями.

Итак, можно ли считать трансформировавшиеся в крылья предплечья птиц, летучих мышей и птерозавров конвергентными адаптациями для управляемого полета, которые только сконструированы разным образом? Или они представляют собой альтернативный, неконвергентный способ эволюции управляемого полета?

Еще один пример. Самой крупной рыбой в океане является шестидесятифутовая китовая акула, названная так потому, что она очень похожа на гладкого кита. Она также является фильтратором, заглатывая своим массивным ртом огромные объемы воды и отфильтровывая крошечный корм. Но на этом сходства заканчиваются. Гладкие киты – голубой, горбатый, серый и другие – процеживают свою добычу, выталкивая воду сквозь жесткие пластинки напоминающих расческу китовых усов, которые образуют завесу, свешиваясь с верхней челюсти. Любые чуть более крупные частицы корма застревают на внутренней поверхности усовой завесы и затем проглатываются. В отличие от них китовые акулы фильтруют свою пищу совсем по-другому. Вода у них выталкивается через жаберные мешки, расположенные с двух сторон на затылке. Фильтрующие подушечки, состоящие из хрящей, размещены в жаберных мешках таким образом, что вода проталкивается между подушечек, проходит через мешки и стекает в океан, а частички пищи продолжают двигаться в противоположном направлении, формируя в глотке массу, которая затем проглатывается. Таким образом, и гладкие киты, и китовые акулы – это крупные морские животные, которые пользуются своим огромным ртом, чтобы набирать воду и отфильтровывать мелкую добычу. Но в то же время сама структура, осуществляющая данную фильтрацию, сконструирована, расположена и функционирует по-разному. Являются ли эти адаптации к фильтрованию пищи конвергентными или неконвергентными?

Где проходит та граница, отделяющая конвергенцию и неконвергенцию, если мы сравниваем структуры в целом похожие и стремящиеся к одинаковому функциональному преимуществу, вопрос субъективный. Я склонен считать крылья птиц, летучих мышей и птерозавров конвергентными друг другу. Точно так же я считаю гладких китов и китовых акул в целом конвергентными, потому что и у тех, и у других крупная ротовая полость, и они отфильтровывают планктон. Но, по моему мнению, их фильтрующие структуры – это неконвергентные, альтернативные адаптации для фильтрации пищи.

Но, на самом деле, в подобных случаях не существует правильного или неправильного ответа.

Тем не менее в других случаях виды способны адаптироваться, развивая явно отличные, неконвергентные фенотипы, обеспечивающие те же самые функциональные способности. Мой любимый пример данного феномена связан с подземным образом жизни грызунов. Свыше двухсот пятидесяти видов крыс проводят большую часть своей жизни под землей, перемещаясь по построенным ими тоннелям. У грызунов подобная модель поведения эволюционировала неоднократно, но совершалось все разными путями. Большинство грызунов роют землю стандартным способом, рыхля ее передними конечностями и отбрасывая назад. Передние конечности у подобного вида крепкие и очень мускулистые, а когти длинные и сильные. Другие виды пользуются зубами, а не когтями, откапывая землю. Как можно догадаться, зубы у этих животных длинные и выступающие, даже по стандартам грызунов, а челюстные мышцы и череп массивные и прочные. Большинство «зубных» копальщиков отбрасывают землю назад передними конечностями. Но некоторые виды плотно утрамбовывают откопанную землю в стену тоннеля, толкая землю вверх своими удлиненными, похожими на лопаты носами. Анатомические различия этих копальщиков четко иллюстрируют неконвергентные адаптации, которые дают функционально одинаковый результат.

Неконвергенция может возникнуть и по другой причине. Зачастую существуют разные функциональные способы адаптироваться к окружающим условиям. Для примера рассмотрим, как потенциальная жертва может адаптироваться к присутствию рядом такого хищника, как лев. Один из вариантов – развить у себя превосходные спринтерские способности, чтобы легко убежать от них. Но существуют и другие альтернативы, такие как маскировка, пассивная или активная защита. Получившиеся в итоге способы адаптации будут решительно неконвергентны друг другу, так как к ним относятся рога африканского буйвола, панцири панголина и черепахи, длинные ноги импалы, иголки дикобраза, яд и точность броска ошейниковой кобры и пестрая шкура бушбока.

Множественные решения одинаковой селективной проблемы не ограничиваются вопросами защиты. Гепарды и гиеновидные собаки охотятся на одинаковых животных, но кошки осуществляют это короткими и быстрыми рывками, в то время как гиеновидные собаки бегают медленнее, но дольше, лишая свою жертву сил и, в конечном итоге, сбивая ее. Соответственно, адаптации двух этих животных отличаются: очень длинные лапы и гибкая спина гепарда позволяют ему развивать скорость до семидесяти миль в час. А высокая выносливость гиеновидных собак помогает им сохранять стабильный темп в тридцать миль в час в течение достаточно продолжительного времени, чтобы измотать свою жертву (гепарды же способны лишь на короткие спринтерские дистанции).

Или рассмотрим, к примеру, способы адаптации животных к добыче нектара. Мы знаем, что растения вырабатывают сладко пахнущую сахаристую жидкость, чтобы приманивать насекомых, птиц и других животных для того, чтобы помочь им осуществить свой репродуктивный процесс. Когда животное засовывает морду или все тело в цветок, чтобы глотнуть нектара, оно покрывается пыльцой. Когда оно переходит к другому цветку, часть пыльцы слетает и оплодотворяет семязачаток растения.

У многих цветов имеются очень длинные трубки с нектаром на дне: так растение может ограничить доступ к пыльце до одного или нескольких определенных видов, хорошо адаптировавшихся к использованию этого растения, таких как мотыльки с их длинными хоботками и колибри с похожими клювами и языками. В силу своей адаптации подобные виды, вероятно, не пользуются многими другими видами цветов, сводя к минимуму вероятность того, что пыльца попадет на растение другого вида и будет зря израсходована.