Волшебная эволюция
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.
Мозг человека прошел развитие, позволившее ему создать для себя новые технологии, которые имеют функции, приблизительно схожие с работой самого же мозга. Человек обладает мозгом, который позволяет ему анализировать новую информацию и решать сложнейшие проблемы. Скорее всего, эта способность понадобилась нашим давним предкам, когда они начали жить социальными группами: нужно было подстраиваться под социальные нормы и считаться с жизнью в коллективе, иначе любой мог оказаться изгоем. К тому же развитый мозг был необходим при выполнении дел первостепенной важности, например для понимания, где больше всего шансов добыть еду, и для того, чтобы произвести впечатление на потенциального партнера. Таким образом, за миллионы лет у человека развились интеллектуальные способности, позволяющие ему справляться с совершенно новыми задачами. Например, теперь мы можем отправлять коллегам смешных котиков, пока едем в автобусе домой.
Процесс, когда некая способность, получившая развитие в ходе эволюции, чтобы выполнять одну функцию, обслуживает другие функции, называется экзаптацией. Ее следует отличать от адаптации, в ходе которой способности используются именно для того, для чего они развились. Раки-щелкуны всегда использовали свои клешни для охоты (адаптация), однако теперь они также научились коммуницировать и рыть норы с помощью этих же клешней (экзаптация). В научной среде в последние десятилетия уделяется все большее внимание экзаптации как важнейшей движущей силе эволюции.
Некоторое время назад я принимала участие в конференции во французском городе Монпелье. Среди участников был и Ричард Блоб, американский ученый из Университета Клемсона, изучающий различные проявления экзаптации. Он рассказал историю о маленькой рыбке, которая смогла поднять простую форму поведения на новую высоту — в прямом смысле слова.
Эта маленькая рыбка называется бычком Стимсона, или бычком-скалолазом; водится она на Гавайях. Она может поместиться на ладони взрослого человека (длина взрослой особи всего четырнадцать сантиметров), и она умеет менять окраску, чтобы прятаться от врагов и привлекать партнеров. Мальки живут в море, питаются всевозможными водорослями и мелкой живностью, а по достижении половой зрелости рыбы отправляются в пресноводные ручьи Гавайских островов. Они плывут против течения, добираясь до абсолютно новых для себя источников пищи, например до пресноводных водорослей.
В ручьях рыбы сталкиваются с серьезной проблемой. Гавайские острова имеют вулканическое происхождение; многочисленные извержения привели к сильной эрозии вулканических скал и к формированию пересеченного рельефа с множеством водопадов, некоторые высотой более ста метров. В верхней части этих водопадов нет хищных рыб, что привлекает туда бычков, ищущих безопасные места для того, чтобы отложить икру. Чтобы забраться наверх, бычкам приходится форсировать сто метров отвесной скалы.
К счастью, эта маленькая рыбка умеет взбираться по скалам. Бычки-скалолазы с помощью рта и дополнительной присоски на брюхе проползают по мокрой поверхности утеса за бурлящим потоком воды. Они приклеиваются к камню то одной, то другой присоской и таким образом медленно, но верно преодолевают примерно три миллиметра в секунду. Час за часом они забираются все выше, рискуя быть сбитыми срывающейся сверху водой. Высота все увеличивается, и потенциальное падение становится все опаснее, стоит рыбе ослабить хватку. Спустя восемь часов изнурительного подъема бычки оказываются на вершине водопада, а затем и в безопасном горном ручье, где можно не бояться хищников. Восстановив силы, бычки готовы метать икру. Спустя некоторое время вылупляются мальки, которых ручей и водопад выносят обратно в море.
