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

Процесс, при котором эволюция использует существующие версии генов, биологи называют «мягким отбором». Но иногда в городской эволюции задействуются и новые мутации – это уже «жесткий отбор». Чтобы отличить мягкий отбор от жесткого, генетики внимательно изучают генетические последовательности, вовлеченные в адаптацию к городской среде. Так, при исследовании маловосприимчивых к ПХД фундулюсов Эндрю Уайтхед обнаружил, что в адаптации рыб из разных портов на восточном побережье Северной Америки участвуют разные гены. Даже у рыб из одного порта по обе стороны от одной и той же версии гена, защищающей организм от ПХД, попадались разные генетические комбинации. Все это явные признаки того, что ген устойчивости к ПХД появился у фундулюсов очень давно и с тех пор успел распрощаться с соседними генами из-за постоянного разрыва и перекреста хромосом при размножении. Это значит, что маловосприимчивость фундулюсов к ПХД развилась в ходе мягкого отбора, на основе уже имевшегося генетического разнообразия.

Как мы выяснили в одной из прошлых глав, у березовых пядениц в Англии все было иначе. Они приспособились к покрытым сажей деревьям благодаря мутации, произошедшей в гене cortex во времена промышленной революции. Этот ген, как и соседние с ним участки, полностью идентичен у всех темнокрылых пядениц в Англии. Это указывает на жесткий отбор: новый вариант гена cortex дал своим обладателям огромное преимущество и потому распространился по всей популяции до того быстро, что перетащил с собой соседние гены – они попросту не успели отцепиться от него посредством разрыва хромосом.

Итак, стремительная эволюция в городской среде бывает почти незаметной и порой задействует уже имеющиеся у вида гены. И все же это самая настоящая эволюция.

Один из читателей моей статьи в The New York Times в этом засомневался. Вдохновившись моим рассказом о городской эволюции, автор блога Darwin’s God Корнелиус Хантер опубликовал презанятнейшую статью креационистского толка, в которой вот что написал: «Адаптация и эволюция – совершенно разные вещи. Биологическая адаптация полагается на существование <…> генов, аллелей^[22], белков <…> и многого другого. Эволюция же – источник всего перечисленного».

Иными словами, наш креационист описал разницу между мягким отбором – неизбежным, по его мнению, физическим процессом, в котором задействованы уже имеющиеся материалы, – и созданием чего-то абсолютно нового, например генов и организмов. Лишь второе, утверждает Хантер, достойно называться эволюцией (и, соответственно, вообще не может существовать).

Забавно все-таки наблюдать, как на фоне новых фактов об эволюции креационисты только и успевают менять ее определение. К счастью, спорить тут не о чем. По этому поводу биологи давно пришли к согласию: эволюция – это постепенное изменение частоты тех или иных генных вариантов. Вопреки тому, чему учит своих читателей вышеупомянутый блог, источник этих вариантов – вовсе не эволюция, а химия. Они образуются из-за ошибок, возникающих при формировании цепочки из строительных блоков ДНК в клетке^[23]. А вот естественный отбор, в ходе которого разные химические версии генов становятся более частыми или более редкими, как раз относится к эволюции. Небольшие в общих масштабах шаги со временем сливаются в крупные эволюционные изменения во множестве разных генов. Так и появляются новые виды.

Впрочем, даже если вы не помешаны на креационизме и прекрасно понимаете, что городская скерда, фундулюс, анолис, паук-кругопряд, горностаевая моль и другие приползшие, приплывшие и прилетевшие на страницы этой книги существа действительно эволюционировали, у вас все равно могут возникнуть сомнения. Если та или иная черта действительно появилась в результате эволюции, значит, она должна быть заложена на генетическом уровне, то есть закодирована в ДНК. Биологи, обратившие внимание на перемены во внешности или поведении городского организма, не всегда могут предоставить тому убедительные доказательства.

Так, от генов обычно зависит окраска и ее распределение в покровах животных. На это указывает и наше тело: цвет волос, глаз и кожи у нас определен генами, которые мы унаследовали от родителей. Но мы также знаем, что кожа может загореть, волосы – выгореть на солнце и посветлеть, а цвет глаз порой меняется с возрастом. Значит, гены – это еще не все. Многое в нашей внешности зависит как от природы, так и от окружения. С другими животными та же картина. Так, если прыгунчики рода Tetrix (эдакие невзрачные, грязно-бурые родственники саранчи) растут на светлом песке, их окраска светлее, чем если бы они росли на темном песке. Это пример так называемой фенотипической пластичности – при одной и той же ДНК могут получиться разные результаты. Обнаружив, что у представителей того или иного вида в городе и за его пределами различается окраска, можно ошибиться и решить, что здесь поработала городская эволюция, хотя на самом деле это всего лишь пластичность.

С поведением все обстоит еще сложнее. Если в городе птицы ведут себя наглее, чем в окрестностях, это вовсе не значит, что в городском генофонде этого вида преобладают гены, подстегивающие птиц быть смелее и нахальнее. Возможно, те просто поняли: в среде, где за пищу приходится побороться, а хищников можно не бояться, выгодно быть понаглей. Или наоборот – птицы из сельской местности поняли, что в дикой природе надо быть начеку, а городские птицы просто легкомысленны.

Мы знаем, что поведение часто бывает заложено на генетическом уровне. Знаем мы и то, что его можно обрести благодаря жизненному опыту, а также перенять от другой особи посредством научения и подражания. Чтобы выяснить, какой фактор влияет на поведение больше, пришлось бы провести серию сложных экспериментов с разведением и скрещиванием животных, а это не всегда реально. Астрид Хайлинг выращивала у себя в лаборатории пауков, чтобы убедиться, что их влечение к свету не обусловлено привычкой, обретенной под искусственным освещением. Даже если поведение животного в городской среде зависит исключительно от научения, это еще не значит, что со временем к опыту не подключится эволюция. Если наглость дает особям преимущество и им приходится учиться быть наглыми, возможно, спустя много поколений у вида появятся гены, из-за которых особи «обнаглеют» с рождения. Тогда им не понадобится заучивать нужное поведение – оно будет у них и так.

Нельзя не упомянуть и эпигенетику. Прошу прощения за обилие новых терминов в главе, это последний, честное слово. Последний и, вероятно, важный. Точно сказать нельзя, ведь эпигенетика – совсем новое направление в исследовании эволюции.

Точное определение эпигенетика получила в 2008 году на конференции в Колд-Спринг-Харбор. Она указывает на изменение в какой-либо характеристике животного или растения, возникшее из-за «изменений в хромосоме без изменений в последовательности ДНК». На первый взгляд тут что-то не сходится, ведь хромосомы состоят из ДНК, логично? И да и нет. В хромосомах также содержатся белки и другие молекулы, обертывающие ДНК, словно пленка с пупырышками. Ген берется за свою работу только тогда, когда эта обертка счищается и обнажает ДНК. Оказывается, в ходе жизненного цикла животного или растения «пленку» можно местами добавить или убрать, тем самым приглушив или усилив действие соответствующих генов.