Рассказ предка. Паломничество к истокам жизни - Ричард Докинз

Этот эксперимент, как и эксперимент с дрозофилами, а также многие другие такого рода, демонстрирует потенциальную способность отбора к чрезвычайно быстрым эволюционным изменениям. Если перевести 90 поколений кукурузы, 20 поколений дрозофилы или даже 20 поколений слонов в реальное время, полученная величина в геологическом масштабе окажется ничтожной. Миллион лет – промежуток, почти незаметный в палеонтологической летописи. И тем не менее это в 20 тыс. раз дольше, чем время, за которое можно втрое увеличить содержание масла в кукурузе. Разумеется, это не значит, что за миллион лет отбора содержание масла увеличилось бы в 60 тыс. раз, не говоря уже о том, что за это время ресурс генетических вариаций будет исчерпан. Но эти эксперименты показывают, что не стоит искать тенденции, неизменно сохраняющиеся миллионы лет, и наивно интерпретировать их как ответ на стабильное давление отбора.

Надо понимать, что давление отбора не бывает непрерывным и однородным на всем протяжении тех длительных временных периодов, с которыми мы обычно имеем дело при изучении ископаемых. Мораль рассказа о кукурузе и дрозофилах в том, что естественный отбор может блуждать, давая тысячи форм в пределах временного отрезка, который мы можем измерить с помощью окаменелостей. Держу пари, именно так и происходит.

И все же нельзя отрицать наличие некоторых долгосрочных тенденций. Представьте себе пробку, которую уносят волны от атлантического побережья Америки. Гольфстрим заставляет пробку двигаться на восток, и в конце концов ее выбросит на европейский берег. Но если ежеминутно оценивать направление движения пробки, когда ее швыряет из стороны в сторону, покажется, что на запад она плывет так же часто, как на восток. Мы не заметим смещения к востоку, пока не изберем для оценки более длительный временной промежуток.

Волны и водовороты эволюции обычно слишком медленны, чтобы за свою короткую жизнь мы могли их заметить – или уложиться во временные рамки, определяемые обычным исследовательским грантом. Но есть несколько исключений. Школа Эдмунда Форда (эксцентричного и требовательного ученого, у которого оксфордские зоологи моего поколения учились генетике) ведет многолетние непрерывные наблюдения за судьбой определенных генов в природных популяциях дневных и ночных бабочек, а также улиток. В некоторых случаях результаты, похоже, можно объяснить с точки зрения дарвиновских позиций. В других случаях шум случайных “волн” заглушает сигнал “Гольфстрима”, который, возможно, борется с глубинным противотечением. И тогда результаты загадочны. С этим может столкнуться любой дарвинист – даже с такой долгой научной карьерой, как у Форда. Один из выводов, которые он сам сделал, заключается в том, что давление отбора в природе непрямое и оно гораздо сильнее, чем кажется даже самым оптимистичным неодарвинистам. Это возвращает нас к вопросу, почему эволюция идет не так быстро, как может?

Рассказ Галапагосского вьюрка

Галапагосские острова имеют вулканическое происхождение. Возраст архипелага составляет не более 5 млн лет. За это недолгое время благодаря эволюции здесь появились на удивление разнообразные животные. Самый известный пример – вьюрки 14 видов, которых принято считать (возможно, ошибочно) главным источником вдохновения Дарвина[62]. Галапагосские вьюрки – одни из самых изученных диких животных. Питер и Розмари Грант посвятили себя многолетнему наблюдению за судьбой этих птиц. А между Чарльзом Дарвином и Питером Грантом (он, кстати, тоже носит бороду) вьюркам нанес визит другой великий орнитолог – гладко выбритый Дэвид Лэк[63].

Питер и Розмари Грант, их коллеги и студенты 25 лет ежегодно возвращались на Галапагосские острова, ловили вьюрков, метили их, измеряли клювы и крылья, а в последние годы брали у птиц кровь на анализ ДНК, чтобы определить родственные отношения. Возможно, это было единственное настолько полное исследование особей и генов в природной популяции. Гранты в мельчайших деталях знают, что происходит с “пробками, плывущими по волнам”, то есть с популяциями вьюрков, когда давление отбора, меняющееся каждый год, швыряет их из стороны в сторону в море эволюции.

В 1977 году на Галапагосских островах случилась сильнейшая засуха, и запасы пищи резко сократились. С января по декабрь численность вьюрков всех видов на островке Дафна-Майор упала с 1300 до менее чем 300 особей. Численность популяции доминантного вида – среднего земляного вьюрка (Geospiza fortis) – упала с 1200 до 180 особей, а кактусового земляного вьюрка (G. scandens) – с 280 до 110 особей. Для вьюрков остальных видов 1977 год также выдался тяжелым. Состоявшая из дарвинистов группа Грантов не просто подсчитывала количество погибших и выживших птиц, а оценивала показатели селективной смертности для каждого вида. Ученые пытались понять, имели ли особи с определенными признаками больше шансов выжить, чем другие. Привела ли засуха к изменению состава популяции?

Оказалось, что привела. В популяции G. fortis выжившие особи были в среднем на 5 % крупнее погибших, а средняя длина клюва вьюрков после засухи составила 11,07 мм (до засухи – 10,68 мм). Средняя высота клюва также увеличилась – с 9,42 до 9,96 мм. Эти различия могут показаться мизерными, однако, согласно правилам статистики, они слишком закономерны, чтобы быть случайными. Почему засуха привела к изменениям? У группы Грантов уже имелись данные, указывающие на то, что крупные птицы с соответствующими клювами успешнее, чем птицы средних размеров, управляются с большими жесткими и колючими семенами травянистого растения якорец (Tribulus). Эти семена оказались практически единственной пищей, доступной в разгар засухи. Другой вид, большой земляной вьюрок (G. magnirostris), всегда специализировался на поедании семян якорца. Но выживание самых приспособленных касается избирательного выживания особей в пределах вида, а не избирательного выживания одного вида по сравнению с другим. И в популяции среднего земляного вьюрка лучше всего выживали крупные особи с большими клювами. В итоге средний G. fortis стал немного похож на G. magnirostris. Таким образом, Гранты и их коллеги всего за год увидели локальный эпизод действия естественного отбора.

После засухи они стали очевидцами другого эпизода, который подтолкнул популяции вьюрков в том же эволюционном направлении, но по другой причине. Как у многих видов птиц, самцы G. fortis крупнее самок, а их клюв больше. По-видимому, это помогло самцам лучше пережить засуху. До засухи в популяции было около боо самцов и боо самок. Из 180 уцелевших особей 150 оказались самцами. Дожди, наконец пролившиеся в январе 1978 года, создали очень благоприятные условия для размножения. Но теперь на каждую самку приходилось пять самцов, и среди самцов возникла жестокая конкуренция. Самцы, побеждавшие в брачных состязаниях – победители среди и так крупных самцов, переживших засуху, – оказывались самыми крупными самцами с самыми большими клювами. Естественный отбор во второй раз привел к тому, что в популяции увеличились размеры тела и клюва – но уже по другой причине. А о причинах предпочтения самками крупных самцов мы говорили в “Рассказе Тюленя”: самцы вьюрков – участвующий в соревнованиях пол – всегда крупнее самок.

Если крупный размер полезен, почему птицы не были крупны изначально? А потому, что в незасушливые годы естественный отбор благоприятствовал более мелким особям с небольшими клювами. Гранты сами наблюдали это после наводнения 1982–1983 года, вызванного Эль-Ниньо (Южной осцилляцией). Из-за наводнения соотношение семян в природе изменилось. Крупные, жесткие семена таких растений, как якорец, стали попадаться реже, чем небольшие мягкие семена таких растений, как Cacabus. И тогда пришло время мелких вьюрков с небольшими клювами. И дело не в том, что крупные птицы не могут поедать мелкие и мягкие семена, а в том, что им нужно больше этих семян. Поэтому мелкие птицы получили небольшое преимущество. И соотношение размеров в популяции среднего земляного вьюрка стало обратным. Эволюционная тенденция засушливых годов развернулась в противоположную сторону.

Различия в размере клюва успешных и неуспешных птиц в год засухи кажутся ничтожными, не правда ли? Джонатан Вайнер пересказывает показательный случай с Питером Грантом:

Однажды, как только я начал лекцию, биолог из аудитории прервал меня: “Какие различия, вы говорите, были между клювом выжившего вьюрка и клювом погибшего?”

“В среднем полмиллиметра”, – ответил я.

“Не верю, – сказал тот человек, – что полмиллиметра могут быть так важны”.

“Однако это факт, – возразил я. – Оцените мои данные, а после задавайте вопросы”.

Вопросов он больше не задавал.

Грант подсчитал: чтобы превратить Geospiza fortis в G. magnirostris, нужно всего 23 засушливых года наподобие 1977-го. Конечно, это не будет в точности G. magnirostris. Но это отличный способ показать, как – и насколько быстро – происходит процесс видообразования. Едва ли Дарвин, когда он впервые увидел этих вьюрков и не смог их классифицировать, знал, что они окажутся самыми верными защитниками его теории[64].