Книга Бесконечное число самых прекрасных форм - Шон Кэрролл

Он заключает: "Более того, одинаковые цветовые узоры крыльев обычно довольно точно показывают степень кровного родства видов. Поскольку законы природы должны быть одинаковы для всех живых существ, выводы, доставляемые этой группой насекомых, должны оказаться применимыми ко всему органическому миру; поэтому изучение бабочек — существ, считающихся символом легкости и беспечности, — занятие отнюдь не презренное: наступит день, когда его оценят как одну из самых важных ветвей биологической науки".

С тех пор как 140 лет назад Бейтс написал эти строки, многие натуралисты — как любители, так и профессионалы — разделили его страстное увлечение бабочками и убежденность в их ценности для науки. История, записанная на широких перепонках крыльев бабочек, восхищала не только Дарвина. В своей знаменитой книге об особях с нетипичными признаками Уильям Бэтсон также уделил бабочкам особое внимание. С тех пор биологи обнаружили и другие типы мимикрии у бабочек (воспроизведение рисунка крыльев других бабочек, имитация совиного глаза, сухого листа и даже птичьего помета), и эта группа животных вдохновила множество эволюционных и экологических исследований. Конечно, бабочками интересуются не только ученые. Писатель Владимир Набоков всю жизнь был одержим бабочками. Пока его сочинения не завоевали широкого признания, он зарабатывал на хлеб, работая куратором в отделе чешуекрылых в Гарвардском музее сравнительной зоологии.

В этой главе мы с вами исследуем удивительный мир, отраженный на крыльях бабочек. У этих насекомых крылья служили канвой для эволюции тысяч цветных узоров. Я подробно расскажу об изобретении системы цветного узора и о том, откуда взялось такое разнообразие рисунков. На примере бабочек мы увидим, что новые рисунки появляются тогда, когда очень старые гены учатся новым трюкам.

Учимся понимать рисунок на крыльях

Чтобы заинтересоваться бабочками, мне не пришлось пройти и половину пути, пройденного Бейтсом, или преодолеть хотя бы часть выпавших на его долю трудностей. Мое путешествие началось на автомобильной стоянке в Университете Дьюка в Дареме, штат Северная Каролина. Это было много лет назад. Я приехал, чтобы провести семинар на тему генетической регуляции числа и расположения щетинок на теле дрозофилы, которой в то время занималась наша лаборатория. Как всегда в таких поездках, мне предстояло встретиться с несколькими сотрудниками биологического факультета университета. Один из них, профессор Фред Нийхут, сильно опоздал, потому что у него дома лопнула труба. Я практически потерял надежду встретиться с ним, а между тем, если бы я с ним не встретился, не было бы не только этой главы, но и ряда неповторимых эпизодов в моей лабораторной практике.

Расположение щетинок на теле дрозофилы — хорошая модель для изучения некоторых загадок развития, таких как механизм точной локализации структур в организме. И пока мы бегом пересекали автостоянку, чтобы успеть на мою следующую встречу, Фред спросил, не могут ли найденные нами закономерности образования щетинок на теле дрозофилы объяснить то, что волновало его, — рисунок на крыльях бабочек. Честно говоря, я не имел об этом ни малейшего представления.

Когда я, привыкший к бледным крыльям дрозофил, разглядывал крылья бабочек, я видел лишь хаос. Психоделический рисунок и разбегающиеся во всех направлениях цвета. Линии, пятна, волны и кляксы — я не мог найти в них никакой закономерности (у меня такие же проблемы с современным искусством). Но вопрос Фреда преследовал меня несколько месяцев. Я знал о способности бабочек к мимикрии, об их умении обманывать хищников и о половом отборе. Если бы в этих рисунках удалось найти какую-то закономерность и нащупать генетические механизмы их создания, это была бы золотая жила.

К счастью, Фред вскоре опубликовал книгу, которая стала азбукой любых исследований развития бабочек. Я понял, что в хаосе можно найти определенный порядок. В 1920-1930-х гг. некоторые ученые, занимавшиеся сравнительной биологией, обнаружили в узорах на крыльях бабочек некий общий план. Этот общий план представлял собой идеализированную картину, от которой каждый вид в той или иной степени отклонялся. Общий план рисунка состоит из нескольких элементов в основании крыла, в центральной его части и вдоль кромки, и эти элементы повторяются в каждом секторе крыла, отграниченном от соседних секторов жилками. К элементам рисунка относятся полосы разной ширины, а также пятна-глазки (рис. 8.2). Отдельные секторы крыла — это сериальные гомологи, а рисунок каждого сектора, таким образом, имеет модульную структуру.

Рис. 8.2. Общий план узора на крыле бабочки. Здесь представлен идеализированный спектр всех возможных элементов узора крыла бабочек из семейства нимфалид. Обратите внимание на повторение рисунка в соседних секторах. Рисунок Фреда Нийхута из его книги "Развитие и эволюция рисунка на крыльях бабочек".

Узор на крыльях бабочек обычно составляется из нескольких основных элементов; у некоторых бабочек, таких как Stichophthalma camadeva, этих элементов много, а у других лишь несколько (рис. 8.3). Анализ узора на крыльях тысяч современных бабочек показывает, что разнообразие выражается главным образом в потере определенных элементов или в их модификации и перестановке. Рисунок, который кажется особенно беспорядочным, объясняется смещением и несовпадением полос между соседними сегментами крыла.

Рис. 8.3. Вариации основного набора элементов узора. У представленных на рисунке трех видов бабочек — Stichophthalma camadeva (A), Fauris menado (В) и Taenaris macrops (С) — разное количество базовых элементов: от почти полного набора до единичных элементов. Фотография предоставлена Фредом Нийхутом.

Самое важное наблюдение заключается в том, что каждая отдельная полоса или пятно в ходе эволюции могут менять форму, цвет или размер независимо от остальных элементов узора. Это означает, что развитие отдельных элементов не связано с развитием остальных.

Что придумали бабочки?

Изумительная красота и разнообразие крыльев бабочек являются результатом как минимум трех изобретений, появившихся после отделения этой филогенетической ветви от других насекомых. Изобретения эти такие: чешуйчатые крылья, цвет и геометрическая система разметки узора крыла.

Чешуйки — основные структурные единицы крыльев бабочек и мотыльков. Название отряда Lepidoptera (чешуекрылые), к которым принадлежат эти насекомые, происходит от греческих слов λεπίς (чешуйка) и πτερόν (крыло). Чешуйки были изобретены раньше окраски и, вероятно, уже тогда были очень полезны. Если вы когда-нибудь держали в руке мотылька, вы видели на пальцах следы "пыли" — это и есть чешуйки. Легкое отделение чешуек помогает этим животным с крупными крыльями высвобождаться из таких липких ловушек, как паутина.