Волшебная эволюция - Ханна Нюборг Стёстад

К примеру, у всех клеток в вашем организме один и тот же изначальный набор ДНК, но разные клетки функционируют по-разному. Клетки «включают» или «выключают» отдельные гены в зависимости от собственных задач. Клетка в вашей печени активировала гены, отвечающие за формирование клеток печени, чтобы превратиться в одну из них, тогда как клетка мозга активировала гены, отвечающие за формирование клеток мозга, и развилась именно в клетку мозга, хотя у нее тот же набор ДНК, что и у клетки печени. Представьте, что вы готовите ужин, и в рецепте указано, что перец чили можно добавить по вкусу: у вас под рукой всегда один и тот же рецепт, но потенциально разные результаты.

Когда человек сталкивается с переменами окружающей среды, могут активироваться и деактивироваться различные гены, то есть каждый раз могут проявляться разные гены. У крысы, которая многократно подвергалась острому страху, наблюдается повышенная выработка фермента, который играет важную роль в работе памяти. Страх вызывает активацию выработки фермента.

В научной среде идет дискуссия о том, в какой степени подобные изменения передаются следующему поколению. В ходе одного известного эксперимента мышей научили связывать запах ацетофенона (он пахнет цветами или миндалем) с электрическим шоком. Всякий раз появление запаха сопровождалось небольшим электрическим разрядом. Спустя некоторое время мыши негативно реагировали на появления запаха, они усвоили, что он несет с собой неприятные ощущения. Казалось бы, ничего удивительного в этом нет, но примечательно, что их детеныши, которые никогда не сталкивались ни с ацетофеноном, ни с электрическим шоком, негативно отреагировали уже при первом появлении запаха. Эффект наблюдался и у внуков первых подопытных мышей. Некоторые исследователи считают это максимально убедительным подтверждением того, что изменения в работе генов могут передаваться от поколения к поколению, однако у этой точки зрения есть и противники. Противники, в частности, не уверены, каким образом передача информации о запахе происходит на чисто физическом уровне: через сперматозоиды отца или яйцеклетки матери? Эпигенетика — увлекательная область науки, где исследователям, без сомнения, предстоит сделать множество открытий.

Многие животные, включая людей, социальны, а значит, учатся у своих сородичей. Модели поведения могут передаваться от поколения к поколению посредством социального обучения, и подобные «традиции» нередко составляют важную часть биологии вида. Это называется культурной эволюцией. Перенимать опыту более сведущих особей выгодно, ведь тогда можно избежать хотя бы части ошибок самому. В изменчивой среде социальное обучение играет значительную роль, поскольку новые модели поведения распространяются за счет культурной эволюции гораздо быстрее, чем посредством естественного отбора. Если в результате генетической мутации у животного появляется новый способ реагирования на тот или иной внешний фактор, на распространение генов этой особи потребуется множество поколений, однако если другие наблюдают за своим сородичем и подражают ему, весь вид осваивает новый метод за короткий срок.

С поглощением дикой природы городским ландшафтом возникает масса новых сложностей, справляться с которыми можно лишь «инновационными» методами. В 1921 году в местечке Суэйтлинг неподалеку от английского города Саутгемптон синицы нашли хитрый способ пропитания. В те годы молоко в дома доставляли в стеклянных бутылках, а поскольку молоко не обезжиривали и не гомогенизировали, в верхней части бутылки собирался толстый слой сливок. Некоторые синицы придумали такой фокус: они проклевывали в тонкой крышке дырку и через нее добирались до вкусных и питательных сливок. Эта уловка быстро распространилась среди местных синиц, намного быстрее, чем это могло бы произойти посредством естественного отбора. К 1950 году трюк с крышками на бутылках освоили синицы почти по всей Юго-Восточной Англии. Возможно, вы скажете, что тридцать лет — это долго, но если вспомнить, что виды, появившиеся миллион лет назад, в биологии считаются молодыми, то тридцать лет сразу покажутся мгновеньем.

Исследователи проанализировали отчеты наблюдений за птицами, которые вскрывают бутылки, и предположили, что этот трюк был, скорее всего, «изобретен» не только в Суэйтлинге, и маловероятно, что каждая особь научилась этому самостоятельно. География распространения навыка, с исходными точками в отдельных городах, говорит о том, что птицы, очевидно, подражали друг другу. Тем не менее до сих пор продолжается дискуссия о том, действительно ли синицы и лазоревки способны обучаться, лишь подражая друг другу, и могут ли такие «традиции» распространяться и поддерживаться среди диких птиц. В 1980 году американские исследователи провели эксперимент с черношапочными гаичками (небольшая птичка из семейства синицевых) с целью доказать, что это возможно, однако оказалось, что каждая особь способна самостоятельно научиться вскрывать бутылки, и наблюдение за другой особью, которая уже это умеет, никак процесс обучения не ускоряет. Как следствие, к роли социального обучения в распространении метода открывания молочных бутылок синицами долгое время относились как к мифу.

Лишь в 2014 году был успешно проведен эксперимент с синицами в лесу Уайтхэм Вудс, неподалеку от Оксфорда, доказавший, что социальное обучение может играть значимую роль у диких синиц. Исследовательница Люси Эплин собрала шестнадцать синиц — по две особи из каждой стаи. Птицы из трех стай были возвращены «домой», не научившись ничему новому; это делалось для того, чтобы проконтролировать, что сама манипуляция никак не повлияет на чистоту эксперимента. Всех остальных птиц обучили открыванию банок с едой. Банка открывалась двумя способами: специальную дверцу можно было толкнуть направо или налево. Птицы из двух стай получали пищу, толкнув дверцу слева направо, тогда как птицы из оставшихся трех стай добирались до еды, толкнув дверцу в обратном направлении. Исследователи обучали синиц на протяжении четырех дней, после чего выпустили на волю, расставив при этом по лесу банки; еда в них была расположена как справа, так и слева от дверцы.

В контрольных стаях, которые не прошли никакого обучения, некоторые особи, тем не менее, сумели добыть пищу из банок, но их было не слишком много, и дверцу в банках они открывали случайным образом. Спустя двадцать дней более половины птиц в контрольных стаях научились извлекать пищу из банок. Однако в стаях, куда вернулись две птицы, обученные открывать дверцы слева направо, уже спустя несколько дней почти все особи умели открывать дверцу слева направо. То же самое произошло в стаях, члены которых прошли обучение открыванию справа налево: очень скоро почти все птицы освоили открывание справа налево, хотя они могли добыть столько же еды, открывая дверцу в противоположном направлении. Обученные особи дали пример своим сородичам, а те стали им подражать.

Девять месяцев спустя, когда многие из участвовавших в эксперименте птиц умерли и на их место пришли более молодые особи, Эплин с коллегами