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

Как выяснилось, не следовало. Скорее всего, Дарвин считал естественный отбор линейным процессом – и в этом была его ошибка. Размышлял он, вероятно, следующим образом. Допустим, у нас есть популяция из ста тысяч мотыльков со светлыми крыльями. Тут появляется мутант с черными крыльями, которые дают ему незначительное преимущество перед сородичами. Пусть это преимущество составит 1 %, то есть на каждую сотню выживших и оставивших потомство чернокрылых мотыльков придется 99 со светлыми крыльями. Сколько времени понадобится популяции из сотни тысяч белокрылых мотыльков и одного чернокрылого мутанта, чтобы избавиться от белых крыльев и стать полностью чернокрылыми? Вечность? Вовсе нет – всего несколько сотен поколений.

Все дело в том, что естественный отбор – процесс нелинейный. Поначалу, пока чернокрылые мотыльки встречаются редко, их численность растет медленно – мотылек тут, мотылек там. А вот когда она возрастает на несколько процентов, процесс ускоряется: тысячи чернокрылых мотыльков обладают одним и тем же преимуществом, а их совместное потомство, пополняя генофонд популяции, с каждым днем становится все темнее.

В этом можно убедиться, проведя симуляцию. На сайте Рэдфордского университета можно указать размер популяции, преимущество от мутации (так называемый коэффициент отбора) и изначальную численность особей с этой мутацией. Виртуальная популяция начнет эволюционировать, формируя S-образную кривую. Если поиграетесь с исходными данными, то увидите, что численность популяции не так уж важна: десять тысяч, сто тысяч и даже миллион мотыльков станут исключительно чернокрылыми меньше чем за тысячу поколений, и все это из-за преимущества в один процент. Если повысить коэффициент отбора до 5 %, потребуется всего 200 поколений. У некоторых видов бабочек 200 поколений сменится меньше чем за век. Словом, в теории даже слабый естественный отбор может сильно сказаться на популяции, прежде чем та самая рука времени примется за истекающие века.

По всей видимости, Дарвин ни разу не задумывался, что эволюция бывает настолько прыткой. Хотя… В первых четырех изданиях «Происхождения видов» он подчеркивает: «Полагаю, что естественный отбор будет всегда действовать очень медленно». Но в пятом издании, вышедшем спустя десять лет после четвертого, он заменил «всегда» на «обычно» – возможно, успел засомневаться в том, что эволюция должна быть медленной. Как бы то ни было, Дарвин не обратил внимания на письмо Фарна, и скоростной эволюции так называемого индустриального меланизма пришлось дожидаться следующего поколения ученых. Только открыли ее не у Charissa obscurata, а у Biston betularia, березовой пяденицы. Об этой бабочке вы наверняка слышали в школе, ведь она – самый популярный пример городской эволюции. Но поскольку не так давно ее история обросла новыми подробностями, надеюсь, меня простят за ее пересказ.

8. Городские байки

Нам кажется, что быстрый рост – удел современных городов, но с 1770 по 1850 год Манчестер разросся не хуже мегаполиса XXI века: было 24 тысячи жителей, а стало 350 тысяч. Работающие на угле текстильные фабрики собрали рабочих из окрестных деревень и принялись активно все вокруг загрязнять. Из их труб вместе с дымом повалили сажа, сера и закись азота. Небо стало темнее, солнце потускнело, а в безветренные дни стояла такая густая дымка, что не разглядишь и соседей из окна. Все вокруг – дома, дороги, даже деревья в пригороде – медленно, но верно покрывалось мельчайшими частицами сажи.

Представьте себе осенний денек в 1819 году. Тогда в лесу за чертой Манчестера произошло кое-что занимательное. Вот гусеница березовой пяденицы (Biston betularia) тихонько ползет вниз по черному от сажи стволу березы. Скоро она доберется до земли, чтобы там окуклиться. Как и подобает гусенице пяденицы, она цепляется за кору грудными ногами, подтягивает к ним мягкие ложные ноги, расположенные на заднем конце ее веткообразного тела, и выгибается, словно греческая буква «омега». Затем, как следует уцепившись ложными ногами, она отцепляет от коры грудные ноги и вытягивается вперед, подтягивает ложные ноги, выгибается, вытягивается… И так без устали, пока не доползет до подножия дерева.

Хотя гусеница по определению является неполовозрелой, ее половые железы уже сформированы и активно вырабатывают сперматозоиды – они понадобятся вскоре, по завершении стадии куколки, когда из нее выберется взрослый самец березовой пяденицы с черными узорами на белых крылышках. Во всяком случае, так выглядели его родители, да и вообще все березовые пяденицы в Британии до этого дня. Но вот наша гусеница наконец доползает до травы под деревом, и в одной из клеток половой железы происходит что-то странное – что-то, что изменит ход эволюции березовых пядениц. В то время как хромосомы расходятся друг от друга и упаковываются в будущие сперматозоиды, от одной из них отделяется небольшой участок ДНК. Это транспозон, или «прыгающий ген» – он может выскочить из своей хромосомы и устроиться где-нибудь в другом месте. Именно это наш транспозон и делает. Пока гусеница, не ведая о происходящем, пробирается через траву, ферменты – так называемые транспозазы – вырезают из ДНК кусок размером почти в 22 тысячи нуклеотидов и переносят его прямо в ген под названием cortex, регулирующий окраску крыльев бабочек.

Гусеница закапывается в землю, окукливается, впадает в спячку и, наконец, превращается в бабочку, а мутировавший сперматозоид тем временем ждет своего часа. Вместе с тысячами других, немутировавших собратьев он послушно упаковывается в один из сперматофоров (это особые капсулы со сперматозоидами), во время спаривания попадает в самку пяденицы и совершенно случайно оплодотворяет одну из ее яйцеклеток. Из получившейся зиготы вырастает юная гусеница, и все ее клетки содержат тот самый мутировавший ген. Все лето гусеница-мутант вместе с сородичами поедает березовые листья, а потом вновь приходит время зарываться в землю и окукливаться.

Но пока куколка лежит себе под корешками травы, внутри нее происходит настоящая революция. Транспозон в гене cortex не дает развивающимся крыльям бабочки, пока еще скрывающимся под рыжевато-коричневой оболочкой, стать белыми с черным узором. Когда бабочка выбирается из куколки, заползает на ветку березы и впервые расправляет крылья, они оказываются угольно-черными – под стать саже, покрывшей эту самую ветку.

Наша темнокрылая Biston betularia выживает и размножается. Так появляется небольшая, но понемногу растущая группа черных пядениц. Их замечают манчестерские энтомологи начала XIX века, но первую из попавших в научную литературу ловит и накалывает на булавку коллекционер бабочек Роберт Смит Эдлстон в 1848 году. Дальше – больше: популяция темнокрылых пядениц быстро растет. К 1860-м в некоторых районах города мутанты встречаются уже чаще светлых пядениц. Из своего оплота в Манчестере ген черных крыльев распространяется и по другим регионам Англии. В 1870-х темнокрылых пядениц замечают в Стаффордшире, что почти в семидесяти километрах к югу от Манчестера, и в Йоркшире на северо-востоке. К концу XIX века исходный ген, отвечающий за светлые крылья, в британских популяциях Biston betularia практически исчез – исключением оказались лишь несколько сельских районов на юге. Вскоре ген-мутант покорил весь континент, а за ним и Северную Америку.