Помоги проекту - поделись книгой:
Ханна Нюборг Стёстад
Волшебная эволюция
Зачем рыбы взбираются по водопадам, а пауки танцуют
Рецензия
Книга Ханны Нюборг Стёстад — об эволюции животных. Разумеется, это далеко не первая книга на подобную тему. Но теория эволюции интересна тем, что со времен выхода основополагающего труда Чарльза Дарвина она продолжает оставаться актуальной областью научного поиска. Неудивительно, что и научно-популярных книг тоже написано немало.
В тридцатые годы XX века стремительно развивающаяся генетика дала теории Дарвина материальную базу. Мы поняли не только как появляются и исчезают виды животных, но и как именно это может произойти. Хотя бы в общих чертах, — на многие вопросы точного ответа по-прежнему нет. С тех пор эволюционная биология становится все более широкой междисциплинарной областью. Самые разные отрасли биологии вносят свой вклад в это направление. Тут и традиционные описательные дисциплины, такие как орнитология, энтомология и другие разделы зоологии и ботаники, и экология, позволяющая лучше разобраться во взаимодействии организмов с окружающей средой, и этология, изучающая поведение. Современные направления молекулярной биологии, помогающие понять, как гены реализуются в реальном живом организме, внесли колоссальный вклад в построение теории и довольно сильно поменяли картину, но не отменили всех прочих наук.
И книга «Волшебная эволюция» раскрывается перед читателем похожим образом. Здесь нет строгой теории — необходимые для понимания основы можно найти в любом школьном учебнике. Это скорее сборник историй, примеров, показывающих, как происходит эволюция в природе. Здесь не так много однозначных ответов, и если ответ неизвестен, автор Ханна Стёстад в этом честно признается. Думаю, книга учит ставить вопросы. А в науке это, пожалуй, самое главное.
Читателю предстоит разобраться, как в ходе эволюции — нецеленаправленного, в сущности, процесса — могли появиться высокоорганизованные организмы, изощренные формы поведения, сложнейшие сообщества животных одного вида (такие, как муравейник) и теснейшие связи между представителями разных видов (как между раком-отшельником и актинией). Ответ дается на основе конкретных примеров: жизнь тех или иных животных рассматривается с точки зрения эволюции.
В первой части книги автор рассказывает о приспособленности животного к среде обитания. Это означает: выживает самый приспособленный? Как эта приспособленность может выглядеть? Всегда ли это — самый сильный? Почему слепнут подземные рыбы, лемуры прыгают хуже, чем могли бы, а птицы и бабочки не улетают в теплые края навсегда? Ханна Стёстад подбирает интереснейшие (и надо сказать, довольно оригинальные, неизбитые) примеры различных способов адаптироваться к среде и показывает ограничения, стоящие перед любым живым организмом: ресурсы всегда ограниченны, невозможно стать успешным сразу во всех областях. В некоторых случаях приспособиться — значит отказаться от чего-то. Здесь же обсуждается сложнейшая тема связи генов и поведения, для разнообразия — на самых классических объектах: березовой пяденице и дарвиновых вьюрках.
Вторая часть книги посвящена выращиванию потомства и половому отбору — одной из самых ярких тем в эволюционной биологии: брачные турниры и наряды, измены, насилие и забота о потомстве, снова множество интересных примеров и ссылок на актуальные исследования. Причем тема приспособленности опять рассмотрена с самых разных сторон: от особенностей поведения и облика до строения сперматозоидов.
В третьей части автор разбирает вопросы возникновения сложных сообществ и взаимоотношений между неродственными организмами. Откуда берется альтруизм, если каждый заинтересован в том, чтобы в первую очередь передать собственные гены? Как ядовитые животные приобретают яркую, предупреждающую окраску? Можно ли победить в гонке вооружений с помощью обмана? Как устраиваются в жизни паразиты и откуда берется симбиоз?
И последний раздел рассматривает пределы устойчивости этих сложных систем. В какой момент способность животных приспосабливаться дает сбой? К чему это приводит? И как на эту и без того сложнейшую систему взаимосвязей влияют люди? Актуальные темы воздействия человека на природу не оставили автора равнодушной, но раскрываются они также с точки зрения эволюции.
Книга показывает жизнь животных через призму эволюции. Муравьи-листорезы и лемуры, раки-щелкуны и летучие мыши — вампиры и множество других удивительных и знакомых нам животных проходят перед глазами читателя, и их истории сплетаются в единую, сложную и красивую картину эволюции живой природы.
Автор не остается на позиции отстраненного наблюдателя. Нет, все персонажи вызывают живую эмоциональную реакцию: кто-то восхищает, кто-то удивляет, кто-то даже пугает. И такой подход, как ни странно, делает сложные концепции проще и ближе читателю.
Книга написана легким языком, без избытка терминологии. В этом ее достоинство, она будет понятна и интересна широкому кругу читателей: школьникам, студентам, любителям живой природы. Но все-таки базовые представления (что такое эволюция, например) читателю лучше уже иметь. Впрочем, школьного учебника биологии для понимания книги будет достаточно. Простота и легкость изложения не делают книгу поверхностной — она содержит множество ссылок на самые современные исследования в разных областях эволюционной биологии. Даже список использованной литературы может оказаться очень интересным путеводителем по миру современной науки.
Предисловие
Я всегда любила животных, но лишь когда начала изучать биологию, наконец осознала, насколько мало я знаю о
В основном тексте мне удалось упомянуть далеко не всю литературу и не все научные дискуссии по теме, поэтому если вас заинтересовал какой-то вопрос или вы хотите что-то прояснить для себя, к вашим услугам список источников в конце книги. Библиография содержит ссылки на научные статьи, из которых взяты приведенные мной примеры (в порядке их появления по ходу текста). Там же упомянут ряд пособий и даны дополнительные комментарии. Не все они имеют норвежское название, и в некоторых случаях я использовала собственный вариант перевода с английского языка[1]. В списке приведены латинские и английские названия. В Заключении вы найдете список актуальных организаций, занимающихся защитой животных и окружающей среды.
Введение
Муравей-листорез
В тропических лесах Колумбии проживает сообщество земледельцев. Основным источником пропитания сообщества служит гриб, произрастающий исключительно в этом регионе, поэтому крестьяне всячески оберегают грибницу, выпалывают сорняки и удобряют почву. Рабочие стройными колоннами отправляются на поиски удобрения, а их королева остается дома. Эти крестьяне, рабочие и королева — не люди. Это муравьи.
У муравьев-листорезов — одно из самых сложно устроенных сообществ на нашей планете, возможно, уступающее лишь человеческому. В отличие от людей, которые начали возделывать землю всего десять тысяч лет назад, у муравьев гораздо более впечатляющий опыт, ведь они выращивают грибы уже на протяжении пятидесяти пяти миллионов лет.
История жизни муравьев-листорезов начинается с роения. С началом роения сотни тысяч муравьев массово покидают свои гнезда, чтобы основать новые колонии. Во время роения одна из самок спаривается с одним из самцов, и в результате она уже больше никогда не будет нуждаться в спаривании. Она готова стать королевой своей новой колонии, королевой без короля.
Когда королева находит идеальное место для гнезда, она в первую очередь вырывает небольшую подземную камеру, где «сажает» частицу грибницы, принесенную из прежнего гнезда. Затем она удаляется в другую темную камеру, чтобы отложить яйца. Вскоре из яиц вылупляются личинки, которые со временем превращаются во взрослых муравьев. Эти муравьи помогают королеве ухаживать за гнездом и грибницей, тогда как она сама занята лишь откладыванием яиц. Все вновь появившиеся муравьи являются сестрами, дочерями королевы. Они ни с кем не спариваются, поэтому никто из них не даст приплода.
Лишенные потомства, сестры находят себя в заботе о колонии. Помимо королевы, в колонии проживает четыре типа муравьев: малые и большие солдаты, которые защищают гнездо от врагов, а также малые и большие рабочие, они возделывают грибницу. Более крупные рабочие трудятся в лесу, где собирают упавшие с деревьев листья. Найдя подходящий лист, муравьи своими мощными челюстями разрезают его на мелкие кусочки, затем взваливают эти кусочки на спину (груз зачастую весит больше, чем сам муравей) и несут их в гнездо. Рабочие следуют по знакомым тропам, и чтобы избежать столкновений на «магистралях», выстраиваются в стройные колонны.
По возвращении в гнездо листья передаются малым рабочим, которые пережевывают их и используют как удобрение для грибницы. Гриб растет подобно голубой плесени на сыре, и как только он становится достаточно большим и зрелым, муравьи снимают урожай и поедают его. Рост гриба напрямую зависит от поставки удобрения муравьями, но и муравьи, в свою очередь, полностью зависимы от гриба, ведь они не способны переваривать сырую растительную пищу. Именно поэтому они так заботятся о грибнице. Они не только подкармливают ее: специально обученные малые рабочие оберегают ее от вредного гриба-паразита, поддерживая чистоту на грядках. Отходы собираются и выносятся на компостную кучу за пределами гнезда.
Спустя год снова наступает пора роения. Из яиц вылупляется новое плодовитое поколение — самки, призванные стать королевами, и самцы, которым в течение их короткой жизни предстоит спариться с самками из других гнезд. По окончании роения самцы погибают, а королевы создают собственные колонии и высаживают в новых гнездах грибы.
Кажется совершенно невероятным, что это сложное сообщество сформировалось в ходе эволюции. Подземные муравьиные гнезда могут достигать восьмидесяти метров в глубину и восьмидесяти метров в диаметре, при этом в самых больших из них проживает свыше восьми миллионов особей различной специализации. Неужели подобная система могла появиться без целенаправленного, интеллектуального планирования?
Эволюция — процесс отнюдь не запланированный, однако существовали веские причины для того, чтобы муравьиное сообщество стало именно таким, каким мы его знаем сегодня. Наблюдения за ныне живущими животными проливают свет на процессы эволюции: изучая некоторые из наиболее интересных видов, мы можем попытаться понять, каким образом сформировались столь сложные сообщества и изумительные модели жизненного уклада.
Эта книга состоит из четырех частей. В первой из них повествуется о борьбе индивидов за выживание и влиянии этой борьбы на формирование специфичного образа жизни. Во второй части рассматривается семейная жизнь животных: отношения с потенциальными партнерами, конкурентами, отпрысками и родителями. В третьей части описывается взаимодействие животных, не связанных родственными узами, — как между сородичами, так и между представителями разных видов. В четвертой, заключительной, части мир рассматривается в еще более укрупненном масштабе: мы поговорим о том, каким образом животные вынуждены приспосабливаться к стремительно меняющейся среде.
Я надеюсь, что не только смогу заразить вас своей увлеченностью волшебным миром фауны, но и помогу вам чуть лучше понять,
Часть I
Миллионы способов выжить
Глава 1
Преимущества и недостатки
На первый взгляд жабовидная ящерица (или рогатая ящерица) скорее похожа на камбалу с ногами, чем на игуану, хотя она относится к подотряду игуанообразных. Благодаря камуфляжной окраске — темные пятна на бежевом фоне — ее плоское тело сливается с песком и сухой каменистой землей Техаса. Снующие рядом лисы обычно не замечают эту ящерицу. А если кто-то ее и заметит, она способна дать отпор.
Жабовидная ящерица оснащена тремя средствами защиты. Во-первых, ее тело сплошь покрыто шипами, а прямо за головой расположены два острых рога, так что жевать такую добычу не слишком удобно. Во-вторых, ящерица способна надуваться подобно иглобрюхой рыбе, которая вмиг превращается в колючий шарик. Однако наибольший интерес представляет третий защитный механизм: жабовидная ящерица умеет стрелять кровью из глаз. Когда ящерица чувствует угрозу (например, если рядом появляется слишком любопытная лиса), отток крови из головы перекрывается, кровяное давление в голове возрастает, капилляры вокруг век лопаются, и из уголков глаз ящерицы брызжет кровь прямо в морду лисице. Пока лиса пытается сообразить, что произошло, ящерицы уже и след простыл. К тому же вкус игуаньей крови лисе противен, и она решает поискать себе на обед что-нибудь получше.
Жабовидные ящерицы маленькие, и при отсутствии защитных средств они стали бы легкой добычей для многих хищников. Очевидно, что ящерица, оснащенная эффективными средствами обороны, обладает явным превосходством. Такая особь имеет больше шансов выжить и вывести многочисленное потомство. Конечно, больно, когда в глазах лопаются сосуды, и раны заживают не сразу, но если на кону жизнь, можно вынести кратковременное страдание. На чаше весов преимуществ больше, чем недостатков.
Ящерицы, чей образ жизни имеет значительные преимущества и несущественные недостатки, обзаводятся многочисленным потомством и передают следующему поколению свои особенности. Выгодные качества передаются по наследству, в то время как вредоносные постепенно исчезают. Игуана, умеющая выпрыскивать кровь из уголков глаз, выживает и производит на свет приплод, способный обороняться таким же способом.
Возможно, некоторые из детенышей этой ящерицы научатся еще более эффективно защищаться от врагов брызгами крови, и эти особи дадут потомство, куда более жизнеспособное, чем его бабушки и дедушки. Не слишком проворных съедят: лиса только рада поживиться нерасторопной добычей. В течение многих поколений, в которых самые успешные оказывались наиболее плодовитыми, способность разбрызгивать кровь из глаз постепенно развивается. В какой-то момент эти игуаноподобные достигают в своем умении поистине экспертного уровня: маленькая ящерица может выпрыскивать кровь на расстояние полуметра. Этот процесс называется естественным отбором.
Слепая пещерная рыба приспособилась к окружающей среде не за счет развития нового качества, а благодаря утрате одной способности. В недрах Мексики расположена сложная система темных пещер; воздух здесь прохладный и влажный, а попадающая извне вода скапливается в небольших подземных озерах. За исключением летучих мышей, здесь почти никто не живет, и ничего не растет: в таком мраке мало кто может найти пропитание. Но пещерной рыбе в этих условиях удалось выжить благодаря переходу на режим жесткой экономии.
Зрение — весьма энергозатратная функция. Энергия требуется не только для функционирования самой сетчатки глаза, но и для мозговой активности, связанной с обработкой полученной от органов зрения информации. К тому же глаза очень ранимы: зрение легко потерять, заразившись опасными для здоровья и жизни инфекциями. Мы с вами ведем активный образ жизни на свету и готовы пойти на многие неудобства ради способности видеть, однако у рыбы, обитающей на дне подземной пещеры, потребность в зрении равна нулю. В конечном счете что мог бы ей сообщить мозг, получающий сигнал от глаз? Разве что то, что вокруг все та же непроглядная тьма.
Примерно пять миллионов лет назад какие-то рыбы, обитающие на территории современной Мексики, заплыли в пещеры и поселились в их недружелюбной темноте. Со временем они утратили способность видеть. Рыбы, которые не затрачивали лишнюю энергию на зрение, могли выживать при более скудном питании и экономить энергию для других целей. Они обзаводились многочисленными отпрысками, у которых зрение было еще менее развито, чем у родителей. Процесс повторялся до тех пор, пока все рыбы в пещерах не ослепли полностью.
Пещерные рыбы ориентируются в пространстве благодаря способности чувствовать малейшие изменения в давлении окружающей их воды. Для охоты им не нужны глаза; они поедают все, что попадается на пути, например экскременты летучих мышей. Эта особенность пещерных рыб нашла отражение и в строении их мозга: отдел мозга, отвечающий за обработку визуальной информации, у них значительно меньше, чем у их сородичей, обитающих в открытых реках. Существует множество изолированных пещер, населенных слепыми рыбами. Маловероятно, что лишенные зрения рыбы выходили на белый свет, чтобы перебираться из одной пещеры в другую, поэтому ученые предполагают, что потеря зрения повторялась и закреплялась многократно у разных линий рыб.
Напрашивается вывод о том, что при естественном отборе вовсе необязательно побеждает сильнейший. Или самый «продвинутый», или «сложносочиненный». Побеждает наиболее
У таких видов, как пещерные рыбы, обитающие в специфичной среде на протяжении многих поколений, было предостаточно времени, чтобы выработать у себя полезные качества, необходимые для жизни именно в этой среде. Если вам попадется безглазая рыба, то с большой долей вероятности можно утверждать, что она живет в кромешной тьме. Наблюдая за поведением животных, эволюционный биолог способен сделать довольно точные предположения о том, какие качества и способности важны (или не важны) для данного вида в данной среде. Наблюдение позволяет нам понять, почему животные выглядят и ведут себя именно таким образом.
Утром на острове Мадагаскар туман тяжелой неподвижной пеленой окутывает влажные стволы огромных деревьев тропического леса. В их плотной листве обитают тысячи видов животных. Среди них есть и лемуры; это настоящие эксперты по части жизни на ветвях, ведь они обитают в тропических лесах уже более пятидесяти миллионов лет. Однажды утром на свет появляется малыш, совсем кроха. В серой мгле движется тень. Загораются два желтых глаза. Они пытаются охватить весь окружающий влажный лес и оценить обстановку: нет ли какой опасности?
Детеныш лемура вари ползет по гладкой серо-коричневой ветви. Это маленькая самка, у нее мех густой и пушистый, черный на лбу и спине, белоснежный на ушах и руках; мордочка обрамлена пышной белой бородкой. Она похожа на плюшевого мишку и одновременно на панду. Вот она впервые вылезает из гнезда, прислушивается, оглядывается вокруг, широко раскрыв большие желтые глаза, и принюхивается, подергивая маленьким черным носиком. В тропическом лесу пахнет мокрой землей, мхом и цветами. До сих пор юная самка сидела в уютном гнезде из веток, листьев и собственной шерсти, ее кормили мать и тетки, но теперь она достаточно большая, чтобы искать пропитание самостоятельно. Она отталкивается ногами, прыгает на полметра вперед и оказывается на соседнем дереве.
Лемуры вари проводят большую часть жизни на деревьях, перепрыгивая с ветки на ветку. Некоторые разновидности лемуров, например кошачий лемур, которого легко узнать по полосатому хвосту, нередко спускаются на землю, однако именно на высоте лемуры проявляют свои самые сильные стороны. Отталкиваясь мощными задними ногами, они совершают прыжок и приземляются, обхватив ветку цепкими пальцами. Со стороны перемещение лемуров с дерева на дерево выглядит непринужденным и элегантным.
Как же мадагаскарским лемурам удалось научиться так прыгать? Казалось бы, все понятно: тот, кто умеет хорошо прыгать, с наименьшими усилиями заберется дальше остальных и найдет больше еды. Однако природа редко дает простые ответы. Изучением этой способности прыгать и ее развитием у лемуров занимались, в частности, два британских ученых — Робин Кромптон и Уильям Селлерс. Они замеряли различные
Совсем скоро нашей юной самке лемура предстоит использовать свое умение прыгать для достижения другой цели. Вот она нашла несколько сочных ягод и теперь медленно их пережевывает. Вдруг раздается предупреждающий крик, лемур настораживается. Раздается шорох, лемур оборачивается, видит чьи-то очертания, и вдруг из густой листвы прямо на нее выпрыгивает крупное животное. Это фосса — похожий на кошку или небольшую пантеру хищник со светло-коричневой шерстью, маленькой головой, круглыми ушами и большими зоркими глазами. Наша самка отталкивается одной из задних лап, отскакивает влево — туда, куда фоссе не добраться. Она стремительно перескакивает с ветки на ветку, с дерева на дерево и оказывается в безопасности.
Главное для лемура — не стать добычей для хищников, и исследование британских ученых доказывает, что лемурам удалось довести до совершенства технику прыжков, которая позволяет передвигаться максимально
Наиболее выгодным для лемуров было бы прыгать и непредсказуемо, и энергоэффективно, однако строение мышц и костей, а также сама техника прыжка таковы, что оптимизировать можно лишь что-то одно. Любая способность имеет как преимущества, так и недостатки; поскольку риск погибнуть от зубов хищника выше риска умереть от голода, лемуры на протяжении многих поколений специализировались именно на уходе от хищников, благодаря чему все лучше и лучше приспосабливались к своей среде обитания.
Ученые, посвящающие себя разгадке больших и малых тайн природы, опираются на опыт своих предшественников, которые ранее искали ответы на схожие вопросы. Приступая к очередному исследовательскому проекту, я в первую очередь пытаюсь найти всю информацию, уже имеющуюся в распоряжении науки, и зачастую нахожу полезные данные как в свежих исследованиях, так и в трудах самых первых биологов. Хотя многие ученые заслуживают уважения в этой связи, ни одну книгу об эволюции невозможно написать без упоминания Чарльза Дарвина. Почти вся деятельность современных биологов основана на принципах, заложенных Дарвином в его труде «Происхождение видов», увидевшем свет в 1859 году.
Вплоть до публикации научной работы Дарвина монополия на объяснение загадок природы принадлежала церкви. Бог поместил на Землю человека и животных, все они были приспособлены к своим задачам, поскольку Бог сотворил их именно такими. И точка. Дарвин же, напротив, аргументировал развитие естественным отбором. Хотя его взгляды были приняты научным сообществом не сразу, сейчас мы располагаем убедительными доказательствами того, что Дарвин был прав.
И все же Дарвин знал довольно мало о лежащем в основе эволюции механизме. Только в 1953 году, почти через сто лет после публикации «Происхождения видов», было совершено открытие, относящееся к структуре ДНК. Розалинд Франклин, Джеймс Уотсон, Фрэнсис Крик и Морис Уилкинс выяснили, как устроена ДНК[2]. После этого открытия стало ясно, как именно наследственная информация хранится и передается потомкам. Когда мы наследуем те или иные качества от своих родителей, происходит копирование их ДНК, то есть генов. Я не стану подробно описывать генетический механизм, скажу лишь, что гены образуют основу, откуда следует все, в том числе и образ жизни животных. Поняв самое главное о генах, мы сможем лучше разобраться в самых странных природных феноменах.
Гены, отдельные участки молекулы ДНК, являются своего рода инструкцией. В них
Группа животных одного вида, проживающих вместе и обменивающихся генетическим материалом, то есть спаривающихся, называется
Существуют три основных способа изменения генов от поколения к поколению: рекомбинация, мутация и селекция.
Березовая пяденица, маленькая бабочка, оказалась в выигрыше именно благодаря удачной мутации. В конце XVIII века индустриальная революция в Англии ощутимо сказалась на экологической обстановке. В некогда чистом и свежем воздухе витала взвесь пыли и грязи, а линия горизонта едва читалась сквозь охристый туман. Белые стволы деревьев почернели. Для пядениц это стало настоящей бедой. Прежде на белых крыльях пядениц были черные пятнышки, такая окраска позволяла им сливаться с белой корой берез во время сна. Но теперь этот камуфляж не мог скрыть их от голодных птиц. Множество беззащитных бабочек погибло, однако в начале XIX века произошло кое-что необычное: на свет появилась черная березовая пяденица[3]. Своим обликом они были обязаны ошибке: целый отрезок цепочки ДНК оказался не на своем месте, так что в геноме закрепился код, отвечающий за несколько иные белки. Как следствие, изменилась выработка пигмента на крыльях. Черная пяденица вышла победителем, дала многочисленное потомство, и измененный геном распространился по популяции березовых пядениц Англии. Впервые черная березовая пяденица была зарегистрирована в 1848 году в Манчестере, а к концу XIX века почти все березовые пяденицы в этом городе стали черными.
Еще один способ изменения наследственного материала отдельно взятого вида называется
В английской популяции березовых пядениц на момент 1900 года существовало несколько разных генов, отвечающих за окраску. Большая часть бабочек была черной, однако по-прежнему появлялись на свет и белые особи. В течение XIX века экологическая обстановка продолжала меняться: в Англии были введены жесткие нормы выбросов вредных веществ, что привело к постепенному очищению воздуха и восстановлению прежней экологии. Деревья вновь стали светлыми, и преимущество оказалось на стороне белых березовых пядениц. Птицы уже не могли с прежней легкостью находить белых бабочек, ранее проигрывавших своим черным сородичам. В период с 1959 по 1984 год доля белых особей в английском городе Вест-Кирби увеличилась с 6 до 30 % от всей местной популяции, а в 2003 году почти по всей стране 90 % пядениц были белыми и только 10 % черными. Таким образом, после первого появления мутации популяция в целом тяготела то к белой вариации, то к черной, то снова к белой, — в зависимости от того, какая окраска оказывалась наиболее пригодной для жизни в окружающей среде. Помимо генетических изменений, на поведение может также влиять обучение и опыт. Но выработанные в ходе обучения качества вовсе не обязательно передаются по наследству, а значит, они не становятся частью эволюционного процесса так, как генетически детерминированное поведение. В конце книги мы вернемся к вопросу обучения (а также эволюции способности к обучению), и я расскажу о том, как животные приспосабливаются к быстрым изменениям окружающей среды.
Нам всем хорошо известно, что у любого выбора и образа жизни есть как преимущества, так и недостатки. Мало кому из нас доводится принимать решения, имеющие исключительно положительные последствия. Высокооплачиваемая работа оборачивается для нас высоким уровнем ответственности и стресса, а собственный дом за городом — длинной дорогой до ближайшего кинотеатра. В мире животных дела обстоят точно так же. Чтобы обороняться от хищников, превосходящих в размере их самих, жабовидным ящерицам приходится применять защитный механизм, который впоследствии заставляет их страдать от кровоточащих ран. Чтобы найти пищу в скупых водах подземных пещер, мексиканские пещерные рыбы вынуждены жить в режиме строгой экономии, отказавшись от всех лишних способностей, включая зрение. Для лемуров главное — спастись от хищников, так что они просто обязаны поддерживать спортивную форму. Березовым пяденицам выгодно быть белыми, если воздух чист, и черными, если он сильно загрязнен. Любая среда предъявляет собственные требования к своим обитателям, а значит, животные приспосабливаются к жизни очень по-разному.
Глава 2
Необыкновенные пищевые привычки
Станет ли то или иное поведение удачным, а его носитель хорошо приспособленным, зависит не только от самой среды обитания, но и от действий других особей. В природе идет беспрестанная борьба за ресурсы, и каждый пытается найти уникальный способ их освоения без необходимости делиться добычей с другими. Именно поэтому в мире существуют миллионы неповторимых стратегий выживания и, следовательно, миллионы уникальных видов.
В Северной Америке обитает необычная бабочка под названием данаида монарх. Ее ярко-оранжевые крылья с черными прожилками окантованы причудливым узором из белых точек на черном фоне. В августе некоторые из них мигрируют на север, в Канаду. Дело в том, что гусеницы бабочек монархов питаются листьями ваточника. Это растение содержит яд, который и поглощают гусеницы, и он сохраняется в их теле, когда они становятся бабочками. Яд не опасен для самих бабочек, а вот птицы не станут есть насекомых, полных горькой отравы. Ваточник обеспечивает данаидам защиту от хищников, однако цена этого узкоспециализированного образа жизни очень высока.
Осенью ваточник отмирает, и скатерть-самобранка сворачивается. Надвигается суровая канадская зима, а при заморозках бабочки монархи обречены на верную гибель. Чтобы выжить, они вынуждены мигрировать в теплые края. Сотни тысяч особей сбиваются в огромную стаю и преодолевают расстояние свыше четырех тысяч километров, пересекая США с севера на юг, пролетая над кукурузными полями, реками и автомобильными дорогами, пока наконец не находят подходящее место для зимовки в горах Мексики.
Там данаиды монархи живут всю зиму. Чтобы не замерзнуть, они скучиваются на деревьях, и порой в этом волшебном оранжевом лесу под весом тысяч ярких бабочек трещат ветви. Так монархи существуют вплоть до самой весны, с приходом которой они снова мигрируют на север. Тем же самым особям, которые еще недавно вернулись на юг, вновь предстоит долгий путь. Они летят примерно до Техаса, где останавливаются, чтобы отложить яйца на молодые побеги ваточника. Им уже не суждено продолжить путь: здесь все взрослые бабочки умирают.
Вылупляется новое поколение; оно питается ваточником, растет и затем отправляется в путь. Бабочки летят на север, следуя за весенним цветением ваточника. Через несколько тысяч километров они приземляются и откладывают яйца. Теперь приходит и их черед умирать, хотя они прожили от силы месяц-два. Тем временем их потомство набирается сил и летит дальше. Это повторяется три-четыре раза, так что добравшиеся до пункта назначения особи приходятся правнуками тем, кто зимовал в Мексике. Последнее поколение вылупляется уже в Канаде, гусеницы наедаются листьями ваточника и, превратившись в бабочек, спасаясь от наступающей зимы, отправляются обратно на юг, подгоняемые попутными ветрами.
Специализация на ваточнике как на основном источнике питания дает данаидам монархам значительное преимущество: яд защищает их от хищников. Однако необходимость регулярно мигрировать с севера на юг и обратно ставит под сомнение разумность этой стратегии выживания. Все-таки четыре тысячи километров для маленького насекомого — это очень много, хотя каждая отдельно взятая особь пролетает только часть пути. Чтобы не замерзнуть насмерть в Канаде, бабочки вынуждены каждую осень улетать на юг, а затем снова возвращаться на север в поисках ваточника. К слову, ваточник произрастает и в Мексике, так почему бы не оставаться там весь год?
На самом деле многие бабочки монархи так и поступают. Мигрирует только один из подвидов, а остальные обитают в южных районах круглый год. Однако на юге конкуренция за пищевые ресурсы очень высока, а на богатом ваточником севере у данаид практически отсутствуют соперники. Когда перед тобой расстилается такая скатерть-самобранка, дальнее путешествие оказывается более чем оправданным. Когда есть все шансы найти еду, на которую никто, кроме тебя, не претендует, игра стоит свеч.
Ученые выяснили, что мигрирующие бабочки монархи летают более
Самое удивительное в миграции данаид монархов то, что отправляющиеся на юг особи никогда там не бывали. Они приходятся правнуками или даже праправнуками тем бабочкам, что мигрировали с севера на юг годом ранее. Откуда же им знать, куда лететь? Ответ на этот вопрос кроется в генетическом детерминизме. Информация о пункте назначения наследуется от родителей. Двое ученых из канадского Университета Куинс, Хенрик Моуритсен и Барри Фрост, поместили бабочек монархов в контейнер-симулятор, в котором вырабатывался искусственный солнечный свет. Фиксируя направление полета бабочек в зависимости от задаваемых условий, ученые заметили, что бабочки хорошо ориентировались в пространстве при различном положении источника света, но оказывались сбитыми с толку при выключенном «солнце». Ученые пришли к выводу, что бабочки монархи инстинктивно используют солнце в качестве основного ориентира.
Каменка обыкновенная — еще один пример живого существа, смирившегося с высокой «ценой» своего уникального рациона. Эта маленькая серая птичка с черной, как у грабителя, «маской» на голове зимует в тропических районах Африки. Летом каменки отправляются в Арктику, где все кишмя кишит аппетитными насекомыми, что наделяет смыслом дальний перелет на север весной и обратно на юг осенью. Ставки высоки, но цель оправдывает средства. Чтобы насладиться арктическим пиршеством, некоторые каменки летят из Восточной Африки до самой Аляски, преодолевая почти пятнадцать тысяч километров в каждую сторону.
Перелетные птицы издавна поражали воображение людей, и задолго до того, как мы начали изучать миграцию птиц, существовали самые фантастические объяснения исчезновения птиц зимой. Птицы превращались в мышей, прятались в подземном убежище, улетали на Луну. Эти вымыслы бытовали вплоть до 1822 года, когда немецкие охотники подстрелили аиста, в шее которого застряла стрела. Охотники разузнали, что такие стрелы были в ходу у некоторых африканских племен; получается, аист прилетел из самой Африки, чудом выжив, несмотря на проткнувшую его стрелу! Это навело охотников на мысль, что птицы (или, по крайней мере, аисты) зимой улетают в теплые края. Чучело этого легендарного аиста можно увидеть в собрании Ростокского университета. Под экспонатом значится: «Ростокский аист со стрелой» (нем.
В отличие от бабочек монархов, птицы ориентируются не только по солнцу. Индиговый овсянковый кардинал (североамериканская ярко-синяя птичка размером с синицу) сверяется со звездным небом. Мы знаем это благодаря исследованию американского ученого Стивена Эмлена. Он поместил особей кардинала в планетарий и наблюдал за направлением их полета: птицы следовали «на юг», ориентируясь на ложные звезды, расположение которых не совпадало с фактическим югом. Разные виды используют разные ориентиры. Так, многие животные определяют направление в зависимости от изменения магнитного поля Земли. Это позволяет им перемещаться в темноте и тумане.
Важно понимать, что существует разница между унаследованным и приобретенным поведением. Птенцы американского журавля (это крупная белая птица с длинными ногами и красной головой) учатся у взрослых особей, за которыми они следуют в своем первом дальнем перелете. А вот бабочкам монархам приходится находить верный путь самостоятельно, имея в качестве карты один лишь наследственный материал. Когда каждая особь того или иного вида живет много лет, вполне разумно перенимать опыт родителей, бабушек и дедушек, однако короткоживущие виды располагают только генетической информацией. Также складывается впечатление, что отдельные виды используют сразу несколько ориентиров (например, и солнце, и магнитное поле), так что у них есть запасной вариант на случай «неисправности» первого. Таким образом они увеличивают свои шансы вовремя добраться до источника пищи.
Вовсе не обязательно отправляться далеко, чтобы найти пищу, на которую не претендует никто другой. Вполне достаточно выбрать корм, недоступный для остальных. В норвежском хвойном лесу обитает клест, маленькая красно-коричневая птичка, чем-то похожая на зяблика. В отличие от зяблика, который питается семенами с земли, клест подходит к вопросу питания более творчески.
Хвойный лес полон шишек, а шишки полны семян. Большую часть года семена спрятаны в самой глубине твердых плодов, и пока чешуйки не раскроются, семена остаются недоступными для большинства птиц. А вот клест, как следует из его названия, примечателен особым, крестообразным, строением клюва: надклювье и подклювье скрещиваются между собой, а их острые концы выдаются по бокам клюва.
Стоит клесту найти подходящую шишку, как он цепляется за нее своими цепкими лапами, втыкает клюв между чешуйками шишки и раздвигает их. Крестообразный клюв позволяет не только отделить чешуйки друг от друга, но и прикладывать усилие, не рискуя сломать клюв: благодаря его загнутой форме давление распределяется более равномерно, чем при прямом клюве. Клюв раскрывается, щель между чешуйками увеличивается, и спрятанное в сердцевине семя оголяется. Клест высовывает свой длинный язык и осторожно захватывает семечко.
Клест — единственная птица, способная добывать хвойные семена таким изобретательным образом. А значит, хотя в лесу обитает множество других видов, только клест имеет доступ к семенам закрытых шишек. Возможно, питаться семенами с земли, подобно зяблику, было бы гораздо легче, но и конкуренция за этот корм слишком высока. Вместо борьбы клест предпочитает потратить дополнительные усилия и получить «индивидуальное меню».
Для животных, ведущих узкоспециализированный образ жизни, как те же бабочки монархи или клесты, скрещивание с другими видами может привести к потере уникальных признаков, важных для выживания. Если бы клест спарился с зябликом, на свет появился бы гибрид, похожий отчасти на клеста и отчасти на зяблика. Вероятно, он бы попытался добывать семечки из шишек так, как подобает клесту, поскольку это заложено в его генах, однако своим прямым, как у зяблика, клювом он не сумел бы ничего добыть и погиб бы от голода.
Такие неудачные комбинации дают потомство, которое «застревает» между двумя образами жизни и поэтому выживает с огромным трудом. Именно во избежание такого исхода каждый вид держится обособленно и избегает спаривания с чужаками. Чтобы привлечь потенциальных партнеров собственного вида, животные издают специальные звуки и применяют узнаваемые модели поведения, а также демонстрируют характерные черты своей внешности. Таким образом в природе сохраняется огромное разнообразие обособленных видов, каждый из которых использует собственные ресурсы для выживания.
Глава 3
Вместе надежнее
Хотя бабочки монархи имеют узкоспециализированный рацион и не конкурируют за пищу с другими видами, им, живущим большими стаями, приходится конкурировать
В африканской пустыне Калахари обитают сурикаты. Сурикаты — это небольшие хищные млекопитающие, живущие колониями. Тимон из известного мультфильма «Король Лев» был одним из них. Сухая земля пустыни скрывает в себе множество питательных насекомых, и сурикаты в поисках добычи то и дело зарываются головой в песок.
Но когда охотишься, засунув голову в песок, вокруг ничего не видно. В любой момент сзади может подкрасться голодный лев, ловко маскирующийся благодаря своей золотистой шкуре. Поэтому разумно объединяться с сородичами в команду. В колонии сурикатов кто-нибудь всегда стоит на страже: дежурный находит хороший наблюдательный пункт, например большой камень, и встает на него в полный рост. Он осматривается в поисках опасности и одновременно издает негромкие звуки, чтобы остальные понимали, что тылы прикрыты, и могли спокойно сконцентрироваться на еде.
Заметив опасность, часовой издает громкий крик, и вся колония вмиг готова к бегству. Швейцарский биолог Марта Мансер вместе с американскими коллегами выяснили, что с помощью разных звуковых сигналов сурикаты предупреждают собратьев о разных видах хищников (например, о змеях и птицах) и о направлении их движения, чтобы сородичи могли адекватно среагировать. Круговая порука увеличивает шансы на выживание.
Как же сурикаты назначают часового? Будь кто-нибудь из колонии эгоистом, он бы всячески отлынивал от дежурства, чтобы вдоволь наесться. Однако если бы «откосить» пытался каждый и никто не стоял бы в дозоре, все зарывшиеся в песок сурикаты оказались бы как на тарелочке у голодных львов. Но какой смысл нести вахту и голодать, когда на карауле уже кто-то есть? Разумнее всего меняться, — и именно так поступают сурикаты. Они смотрят, чем заняты другие, и просто заступают на пост, если обстановка того требует.
Исследователи также заметили, что если сурикату дать больше еды, чем обычно, он будет нести вахту дольше. Сытому сурикату важнее не попасться на обед хищнику, чем поесть самому, поэтому он охотнее стоит на страже, нежели роется в песке в поисках еды. Бдительные животные быстрее других распознают приближающуюся опасность и имеют больше шансов спастись от зубов хищника. Как показывает одно исследование (что, впрочем, неудивительно), гепарды почти всегда нападают на самую рассеянную газель, в то время как особям, держащим ухо востро, зачастую удается унести ноги. Получается, отлынивать от дежурства не так уж и выгодно.
Чем больше особей живут вместе, тем легче разделить ношу караула. Роберт Кенуорд, биолог из Оксфордского университета, провел в 1978 году эксперимент, в ходе которого он отправлял прирученного ястреба-тетеревятника охотиться на стаи вяхирей различной численности. Ученый заметил, что охота на небольшие стаи зачастую оказывалась успешнее. Большим стаям удавалось улететь быстрее, чем малым, поскольку шанс, что кто-то из вяхирей заметит приближающегося ястреба, был выше. Этот же принцип работает и в случае сурикатов. Но не стоит забывать, что в многочисленной группе делиться едой приходится со всеми собратьями.
Таким образом, система безопасности в колонии сурикатов основана вовсе не на альтруистическом желании кого-то из особей пожертвовать собственной сытостью ради защиты остальных, а, напротив, на эгоистических решениях каждой особи, совокупность которых в итоге идет на пользу всем. Безусловно, в мире существуют виды, готовые пожертвовать собой ради других (об этом я расскажу в десятой главе), однако большинство животных в первую очередь заботятся о себе и о своем прямом потомстве.
Хотелось бы верить, что животные готовы приносить себя в жертву ради «всеобщего блага», ведь более «сильный» вид, состоящий из бескорыстных особей, способен доминировать над более «слабым» видом. Однако не стоит забывать, что на исчезновение одних видов и появление новых уходит очень много времени, зачастую миллионы лет. Эгоистические потребности особей, а также генов, как правило реализуются немедленно, тогда как закрепление новых наследственных поведенческих признаков может произойти лишь спустя много поколений. Хитрый рвач быстрее других обзаведется многочисленным потомством, и именно эти гены распространятся задолго до того, как вид, к которому он принадлежит, начнет доминировать над другими видами. Таким образом, в природе куда более важную роль играет не «всеобщее благо» целого вида, а «личное благо» отдельно взятой особи, то есть «личное благо» генома.
В этом смысле люди устроены иначе: мы способны на долгосрочное планирование и умеем мириться с временными неудобствами во имя интересов будущих поколений. Остальные животные живут настоящим, и их мало заботит жизнь вида как такового. Тем не менее взгляды ученых на важность внутривидовых изменений расходятся. За последние годы появился ряд новых исследований, доказывающих, что эволюция на уровне вида, вероятно, имеет гораздо большее влияние на развитие многообразия в природе, чем было принято считать ранее.
В стайной жизни, наравне с взаимным присмотром, есть масса других преимуществ. Например, вместе теплее спать, легче защищать свою территорию и нападать на крупную добычу. И все же в стайной жизни есть свои недостатки, помимо необходимости делиться едой, о которой мы упоминали выше. В стае быстрее распространяются паразиты и инфекционные заболевания, а хищникам гораздо легче заметить издалека группу животных, чем одну особь. К тому же групповая жизнь требует координации: животные вынуждены сотрудничать между собой, иначе неизбежны столкновения и конфликты. Когда муравьи-листорезы отправляются на поиск листьев, муравейник одновременно покидают и возвращаются в него тысячи особей. Чтобы избежать столкновений, муравьи разработали целую систему магистралей, движение по которым строго организовано. Получается, что существа, которых мы привыкли считать менее разумными, чем мы сами, на самом деле способны к сложному взаимодействию. Как им это удается?
Над болотистыми землями Англии медленно садится солнце. Февраль. С запада дует холодный ветер, и казалось бы, даже самым стойким орнитологам пора спешить домой греться. Но нет, наблюдатели все прибывают, с наступлением сумерек «партер» полон вооруженных биноклями и камерами зрителей. Все они хотят стать свидетелями потрясающего природного явления — вечернего «танца скворцов».
Сначала появляются отдельные черные птички; они сбиваются в небольшую стайку и начинают летать, как кажется, по случайной траектории. Затем к ним присоединяются все новые и новые участники, и вот уже сотни тысяч черных точек образуют целую тучу. Она скользит по огромным дугам, вдруг стремительно падает вниз, снова взмывает ввысь. Подобно привидению, этот гигантский живой организм извивается на фоне угасающего неба. Так продолжается где-то полчаса, после чего все птицы почти одномоментно успокаиваются и опускаются в камыши.
Стаи птиц и рыб, двигающиеся словно единый организм, неизменно производят сильное впечатление на наблюдателей. В 1931 году орнитолог Эдмунд Селус высказал предположение, что эти живые существа согласуют свои движения за счет передачи мыслей на расстоянии. Такое скоординированное поведение до сих пор остается отчасти загадкой, однако исследователям удалось найти более логичное объяснение, нежели телепатия.
Поделиться книгой: