Волшебная эволюция
Шрифт:
Если вы хоть раз пробовали хлопнуть в ладоши под водой, то вас наверняка удивляет, как крошечное существо может издавать столь громкий звук. Когда рак защелкивает клешню, вода между ее «пальцами», называемыми дактилями, выстреливает вперед мощной струей. В вакууме, образовавшемся позади струи, то есть между дактилями, давление резко падает, и формируются пузырьки воздуха. Пузырьки стремительно разрастаются и заполняют то пространство, которое мгновение назад занимала вода. Когда же разница давления внутри пузырьков воздуха и в воде достигает критического предела, пузырьки схлопываются с оглушительным треском. Вдобавок к звуку в момент схлопывания пузырьков выбрасывается колоссальная энергия: температура внутри пузырьков за миллисекунды достигает пяти тысяч градусов по Цельсию (что примерно соответствует температуре на поверхности Солнца), и происходит микровспышка света. Рак-щелкун — один из двух известных нам видов животных, способных вызывать световую вспышку с помощью звука (похожей техникой щелканья
Однако для самого рака-щелкуна важны вовсе не температура и не свет, а сам звук. Ударная звуковая волна оглушает и даже убивает плавающую вокруг мелкую рыбу, которую рак затем преспокойно подбирает и поедает при помощи своих разновеликих клешней, орудуя ими словно ножом и вилкой. Таким образом, раки-щелкуны владеют собственным незаурядным способом охоты.
Максимально близко подобраться к ракам-щелкунам мне довелось в гостях у одного знакомого, у которого дома стоял аквариум с морской водой. Населявшие его мелкие рыбки вдруг начали умирать одна за другой. Мой приятель ума не мог приложить, что случилось. Он тщетно проверял температуру воды, уровень pH и солености. И вот его внимание привлекло небольшое существо, которое, видимо, все это время жило и росло в аквариуме. Им оказался рак-щелкун! Скорее всего, рак попал в аквариум вместе с песком и начал убивать самых мелких рыбешек своей клешней-пистолетом. Мой приятель выловил хищника сачком и тем самым спас от гибели оставшихся рыбок. Вдобавок он наконец избавился от надоедливого звука, который то и дело беспокоил его в спальне.
И все же клешня-пистолет для рака-щелкуна — не только орудие убийства. Это и приспособление для рытья нор в морском дне, и инструмент коммуникации с сородичами. Щелкуны обыкновенно живут колониями (как, например, на коралловом рифе в Токийском заливе), что позволяет им совместными усилиями отпугивать врагов. Получается, что клешня-пистолет дает множество преимуществ и практически не имеет недостатков. Разве что ракам приходится затрачивать довольно много энергии на активный рост после вылупления из икры, а затем — на само щелканье.
Существуют сотни видов раков-щелкунов, ведь эта удивительная способность щелкать клешнями распространилась по всему миру. Исследователи Томонари Кадзи и Ричард Палмер совместно с другими коллегами изучали щелканье при помощи сверхвысокоскоростной камеры и другого инновационного оборудования. Сравнив свыше сотни видов раков-щелкунов между собой, они пришли к выводу, что изначально у этого вида была простая клешня, напоминающая наш большой и указательный пальцы. Примерно сто шестьдесят миллионов лет назад клешня начала развиваться таким образом, что верхний дактиль («указательный палец») несколько отделился от сустава и теперь мог скользить вдоль внешнего края верхней части сустава, фиксируясь в открытом положении. При закрытии сустава задействуется двухчастная мышца. Одна часть мышцы тянет верхний дактиль к нижнему и заставляет его напряженно дрожать у самого края, готовясь захлопнуться в любой момент. Когда же вторая часть мышцы подталкивает дактиль вперед, он оказывается вытолкнутым через край. В этот момент, буквально за миллисекунду, накопившееся напряжение высвобождается с чудовищной силой. Бах! Дактили захлопываются, давление резко падает, температура поднимается, происходит вспышка света и удар звуковой волны.
Рак-щелкун — яркий пример того, как новое приспособление благоприятствует стремительному возникновению новых видов. Способность фиксировать клешню в открытом положении и тем самым наращивать напряжение — очень ценная способность, дающая массу преимуществ и практически не имеющая недостатков, поэтому неудивительно, что она передается по наследству от поколения к поколению у многих видов раков. Когда же раки-щелкуны расплодились в огромных количествах, возникли условия для дальнейшей адаптации и стали появляться новые виды. Одни раки-щелкуны обитают на коралловых рифах, другие — в пещерах, третьи — в тропических районах Индии, четвертые — в более прохладных водах Средиземного моря.
Один из моих преподавателей, британский исследователь Питер Мэйхью, участвовал в изучении стремительного видообразования среди насекомых. Что помогло насекомым распространиться по всему миру и привело к возникновению невероятного количества их видов? Мэйхью с коллегами пришли к выводу, что за этим стоит способность к полному превращению [4] (голометаморфозу). Это означает, что насекомые проходят через несколько абсолютно непохожих стадий развития (например, гусеница превращается в бабочку). Благодаря этому насекомые могут использовать несколько разных ресурсов в течение жизни и питаться, к примеру, листьями в состоянии гусеницы и нектаром в состоянии бабочки. Они также могут концентрироваться на разных задачах: гусеница — это машина по переработке пищи, цель которой — быстро расти, тогда как бабочка расходует большую часть своей энергии на полеты в поисках партнера. Способность к полному превращению лежит в основе того грандиозного всплеска видообразования насекомых, результаты которого мы наблюдаем. Считается, что от 45 до 60 % всех видов насекомых, населяющих
4
Полное превращение — когда в жизненном цикле присутствует стадия куколки, позволяющая полностью перестроить тело насекомого в ходе превращения из личинки в имаго (взрослая стадия развития насекомого). — Прим. науч. ред.
Быстрое возникновение многочисленных новых видов также возможно в связи с «открытием» новых географических зон. Примерно два миллиона лет назад небольшая стая вьюрков, подгоняемая сильным ветром, летела над океаном. В какой-то момент стая достигла группы пустынных островов — Галапагос. Этот вулканический архипелаг возник посреди Тихого океана по меркам общей геологической шкалы сравнительно недавно. В то время острова были практически не заселены, на них обитали немногочисленные виды животных. Тем не менее на островах произрастало довольно много разнообразных растений, пригодных в пищу для вновь прибывших птиц. У некоторых вьюрков сформировался мощный толстый клюв, которым удобно раскалывать большие и твердые семена, тогда как у других клюв стал тонким и острым, чтобы было удобнее прокалывать кактусы и выклевывать мякоть. За довольно короткий период времени появились виды, приспособившиеся к разным видам пищи. Эта группа птиц называется галапагосскими вьюрками, или вьюрками Дарвина, поскольку молодой Чарльз Дарвин уделял большое внимание изучению этих птиц в ходе разработки своей теории естественного отбора. Сегодня, в зависимости от классификации, насчитывается порядка пятнадцати подвидов галапагосских вьюрков.
Вьюрки Дарвина — классический пример быстрого видообразования. Зачастую это бурное развитие объясняют отсутствием конкурирующих птиц, способных использовать разнообразные ресурсы острова. Однако это не всегда верно. За несколько тысяч лет до появления на архипелаге вьюрков здесь поселился другой вид птиц, а именно галапагосский пересмешник. Сегодня на Галапагосских островах проживает четыре вида пересмешника, однако все они очень похожи между собой и имеют одинаковое строение клюва. Биологи попытались объяснить, почему у вьюрков появилось так много различных видов, а у пересмешников нет. Создается впечатление, что все дело в различии генов, которые отвечают за синтез белка кальмодулина, количеством которого определяется длина клюва птенца внутри яйца. Кальмодулин присутствует у всех птиц и имеет много функций, в частности, от его количества зависит длина их клюва (за толщину отвечает другой белок). Механизм, регулирующий выработку кальмодулина у вьюрков, более сложный, включающий множество генов, в то время как у пересмешников нет такого механизма, который бы влиял на количество белка. Иными словами, пересмешники отличаются менее гибкой генетикой. Поэтому когда пересмешники прилетели на Галапагос, они были ограничены имеющимся клювом, а для изменения его строения им потребовалась бы радикальная генетическая перестройка. Вьюрки, напротив, были сразу наделены способностью формировать новые типы клюва при незначительных изменениях в генах, что обеспечило появление многочисленных новых видов.
Вьюрки открыли для себя новый ареал, а насекомые и раки-щелкуны развили у себя новые качества, что обеспечило им массу преимуществ, что, в свою очередь, вызвало бурный рост видообразования. По меркам эволюции эти вспышки видообразования протекали стремительно, но тем не менее постепенно. Тому же раку-щелкуну пришлось пройти долгий путь, прежде чем у него сформировалась клешня-пистолет. Сначала появился промежуточный вариант клешни. Эта наполовину развитая щелкающая клешня была удобнее, чем простая, «примитивная» клешня, но она по-прежнему уступала по силе будущей клешне-пистолету. Формирование клешни-пистолета, которую мы наблюдаем сегодня, завершилось всего восемнадцать миллионов лет назад, то есть спустя целых сто сорок миллионов лет с момента начала ее развития. С каждым витком эволюции клешня становилась чуть лучше и удобнее, ведь если бы промежуточные варианты оказывались негодными, их обладатели не могли бы выживать и развиваться дальше.
Эволюция пользуется лишь тем, что имеется в наличии. Как мы увидели на примере галапагосских пересмешников, вероятность появления новых вариантов образа жизни при отсутствии должных генетических предпосылок довольно низка. В следующей главе мы постараемся ответить на вопрос: каким образом способность к сложной адаптации появилась из ниоткуда?
Глава 5
Истоки поведения
Когда мы отправляем смс-сообщение или покупаем билет на поезд через мобильное приложение, мы задействуем различные отделы мозга. Мы анализируем полученную с экрана визуальную информацию, понимаем смысл текста в инструкции, держим в уме пункт назначения. Тем не менее наш мозг не развился специально для использования смартфона. Смартфон был изобретен совсем недавно и не успел повлиять на нас в ходе эволюции. И все же мы так быстро осваиваем гаджеты и интернет, словно прошли специальную подготовку.