В общественном сознании город часто предстаёт безжизненным пространством бетона, мусора, выхлопных газов, шумового и светового загрязнения, однако это не совсем так: даже в городе процесс эволюции, свойственный всему живому, продолжается. Современные растения и животные стремительно развиваются и быстро приспосабливаются к изменчивым городским условиям так же хорошо, как и когда влияние человека на природу отсутствовало вовсе.
Публикуем фрагмент книги «Дарвин в городе» биолога и профессора Лейденского университета Менно Схилтхёйзена о том, как эволюция работает в городских джунглях, откуда появляются новые виды, почему растениям и животным удаётся так быстро адаптироваться к бешеным темпам урбанизации и как эволюция может научить отдельные виды быть наглыми с рождения.
В 2016 году меня попросили написать статью о городской эволюции для The New York Times. После выхода статьи я получил десятки писем от заинтересованных читателей, многие из которых поделились со мной наблюдениями о городской флоре и фауне. Так, некий господин Спаньер, много лет проживший в Сантьяго (Чили), написал о бездомных собаках и о своем госте из глубинки. Тот ехал на пассажирском сиденье и вдруг изумленно воскликнул: «Та собака, прежде чем выйти на дорогу, посмотрела в обе стороны!» Автор письма интересуется — может, и здесь дело в эволюции?
За чтением этой книги вы и сами наверняка задавались этим вопросом. А может, сомневались, что в описанных мной примерах эволюция вообще играет хоть какую-то роль. Здесь все-таки и речи не идет о совершенно новых формах жизни — правда, есть несколько исключений, но о них позже. Городская эволюция, как правило, еле уловима, и это неудивительно: у нее было совсем мало времени. Степень влечения к свету у городских горностаевых молей в Базеле не намного меньше, чем у их деревенских сородичей. Тяжелых семян у городской скерды в Монпелье лишь капельку больше, чем вне города. Да, разница есть, и она статистически важна, но все же едва ощутима. Если вам покажут скерду из города и из его окрестностей, вы не заметите разницы. Рядовой наблюдатель сочтет их полностью одинаковыми.
Кроме того, движущие городскую эволюцию генетические изменения не всегда оказываются чем-то новым. Городские голуби, которые избавляют свой организм от тяжелых металлов, обязаны темной окраской перьев мутировавшему гену — у диких сизых голубей он был задолго до того, как человек приручил их и позволил разлететься по городам. Что до растений, поселившихся в городской, загрязненной тяжелыми металлами почве, их гены присутствовали в популяциях тысячи лет — все потому, что иногда они помогают растению выжить где-нибудь на осыпном склоне, чья почва богата медью или цинком.
Ученые поражались генетическому разнообразию большинства видов с тех самых пор, как научились исследовать хромосомы. Возьмем любой ген какого-нибудь вида — допустим, тот, что влияет на длину ног у анолисов в городах Пуэрто-Рико. Как правило, такой ген представляет собой последовательность из нескольких тысяч «букв» ДНК. Именно от этой последовательности зависит точная структура и форма белка. В случае гена, отвечающего за длину ног, белок заставляет клетки в эмбрионе делиться в определенном темпе и направлении, чтобы образовался вырост в форме конечности.
Дело в том, что последовательности «букв» того или иного гена у разных особей одного вида практически не бывают идентичными. Скорее всего, изучив последовательности гена длины ног у тысячи анолисов из пуэрто-риканского города, вы обнаружите тридцать, а то и сорок его версий. Эти версии по большей части будут отличаться друг от друга в мелочах: тут или там поменялась «буква», а может, небольшой участок ДНК исчез или был продублирован. Все это результаты ошибок, возникших много поколений назад при копировании ДНК в чреслах какой-нибудь праящерицы. Как правило, все эти версии функционируют абсолютно одинаково — помогают эмбриону анолиса отрастить ногу — и без проблем передаются из поколения в поколение. Но иногда оказывается, что одна из версий делает ноги ящерицы чуть тоньше или толще, а может, ненадолго откладывает их развитие.
Эта палитра слегка различных версий гена, в большинстве случаев не имеющих особого значения для эволюции вида, называется генетическим разнообразием. Именно сюда обмакивает кисти эволюция, рисуя новые городские картины. Когда окружающая среда вдруг меняется и дает длинноногим анолисам новое, доселе невиданное преимущество, в популяции уже есть генные варианты, готовые воспользоваться случаем и отдаться в объятия естественного отбора.
Словом, имеющееся в популяции генетическое разнообразие — это своего рода эволюционный капитал. Благодаря ему вид может моментально сформировать нужное для новой среды сочетание генов — для этого надо лишь порыться в генетических запасах. Вот почему городская эволюция бывает столь стремительна. Животным и растениям не приходится ждать правильных мутаций, чтобы приспособиться к новым, созданным людьми особенностям среды. У них уже есть необходимые версии тех или иных генов — нужен лишь естественный отбор, чтобы эти версии смогли себя проявить.
Процесс, при котором эволюция использует существующие версии генов, биологи называют «мягким отбором». Но иногда в городской эволюции задействуются и новые мутации — это уже «жесткий отбор». Чтобы отличить мягкий отбор от жесткого, генетики внимательно изучают генетические последовательности, вовлеченные в адаптацию к городской среде. Так, при исследовании маловосприимчивых к ПХД фундулюсов Эндрю Уайтхед обнаружил, что в адаптации рыб из разных портов на восточном побережье Северной Америки участвуют разные гены. Даже у рыб из одного порта по обе стороны от одной и той же версии гена, защищающей организм от ПХД, попадались разные генетические комбинации. Все это явные признаки того, что ген устойчивости к ПХД появился у фундулюсов очень давно и с тех пор успел распрощаться с соседними генами из-за постоянного разрыва и перекреста хромосом при размножении. Это значит, что маловосприимчивость фундулюсов к ПХД развилась в ходе мягкого отбора, на основе уже имевшегося генетического разнообразия.
Как мы выяснили в одной из прошлых глав, у березовых пядениц в Англии все было иначе. Они приспособились к покрытым сажей деревьям благодаря мутации, произошедшей в гене cortex во времена промышленной революции. Этот ген, как и соседние с ним участки, полностью идентичен у всех темнокрылых пядениц в Англии. Это указывает на жесткий отбор: новый вариант гена cortex дал своим обладателям огромное преимущество и потому распространился по всей популяции до того быстро, что перетащил с собой соседние гены — они попросту не успели отцепиться от него посредством разрыва хромосом.
Итак, стремительная эволюция в городской среде бывает почти незаметной и порой задействует уже имеющиеся у вида гены. И все же это самая настоящая эволюция.
Один из читателей моей статьи в The New York Times в этом засомневался. Вдохновившись моим рассказом о городской эволюции, автор блога Darwin’s God Корнелиус Хантер опубликовал презанятнейшую статью креационистского толка, в которой вот что написал: «Адаптация и эволюция — совершенно разные вещи. Биологическая адаптация полагается на существование <…> генов, аллелей, белков <…> и многого другого. Эволюция же — источник всего перечисленного».
Иными словами, наш креационист описал разницу между мягким отбором — неизбежным, по его мнению, физическим процессом, в котором задействованы уже имеющиеся материалы, — и созданием чего-то абсолютно нового, например генов и организмов. Лишь второе, утверждает Хантер, достойно называться эволюцией (и, соответственно, вообще не может существовать).
Забавно все-таки наблюдать, как на фоне новых фактов об эволюции креационисты только и успевают менять ее определение. К счастью, спорить тут не о чем. По этому поводу биологи давно пришли к согласию: эволюция — это постепенное изменение частоты тех или иных генных вариантов. Вопреки тому, чему учит своих читателей вышеупомянутый блог, источник этих вариантов — вовсе не эволюция, а химия. Они образуются из-за ошибок, возникающих при формировании цепочки из строительных блоков ДНК в клетке. А вот естественный отбор, в ходе которого разные химические версии генов становятся более частыми или более редкими, как раз относится к эволюции. Небольшие в общих масштабах шаги со временем сливаются в крупные эволюционные изменения во множестве разных генов. Так и появляются новые виды.
Впрочем, даже если вы не помешаны на креационизме и прекрасно понимаете, что городская скерда, фундулюс, анолис, паук-кругопряд, горностаевая моль и другие приползшие, приплывшие и прилетевшие на страницы этой книги существа действительно эволюционировали, у вас все равно могут возникнуть сомнения. Если та или иная черта действительно появилась в результате эволюции, значит, она должна быть заложена на генетическом уровне, то есть закодирована в ДНК. Биологи, обратившие внимание на перемены во внешности или поведении городского организма, не всегда могут предоставить тому убедительные доказательства.
Так, от генов обычно зависит окраска и ее распределение в покровах животных. На это указывает и наше тело: цвет волос, глаз и кожи у нас определен генами, которые мы унаследовали от родителей. Но мы также знаем, что кожа может загореть, волосы — выгореть на солнце и посветлеть, а цвет глаз порой меняется с возрастом. Значит, гены — это еще не все. Многое в нашей внешности зависит как от природы, так и от окружения. С другими животными та же картина. Так, если прыгунчики рода Tetrix (эдакие невзрачные, грязно-бурые родственники саранчи) растут на светлом песке, их окраска светлее, чем если бы они росли на темном песке. Это пример так называемой фенотипической пластичности — при одной и той же ДНК могут получиться разные результаты. Обнаружив, что у представителей того или иного вида в городе и за его пределами различается окраска, можно ошибиться и решить, что здесь поработала городская эволюция, хотя на самом деле это всего лишь пластичность.
С поведением все обстоит еще сложнее. Если в городе птицы ведут себя наглее, чем в окрестностях, это вовсе не значит, что в городском генофонде этого вида преобладают гены, подстегивающие птиц быть смелее и нахальнее. Возможно, те просто поняли: в среде, где за пищу приходится побороться, а хищников можно не бояться, выгодно быть понаглей. Или наоборот — птицы из сельской местности поняли, что в дикой природе надо быть начеку, а городские птицы просто легкомысленны.
Мы знаем, что поведение часто бывает заложено на генетическом уровне. Знаем мы и то, что его можно обрести благодаря жизненному опыту, а также перенять от другой особи посредством научения и подражания. Чтобы выяснить, какой фактор влияет на поведение больше, пришлось бы провести серию сложных экспериментов с разведением и скрещиванием животных, а это не всегда реально. Астрид Хайлинг выращивала у себя в лаборатории пауков, чтобы убедиться, что их влечение к свету не обусловлено привычкой, обретенной под искусственным освещением. Даже если поведение животного в городской среде зависит исключительно от научения, это еще не значит, что со временем к опыту не подключится эволюция. Если наглость дает особям преимущество и им приходится учиться быть наглыми, возможно, спустя много поколений у вида появятся гены, из-за которых особи «обнаглеют» с рождения. Тогда им не понадобится заучивать нужное поведение — оно будет у них и так.
Нельзя не упомянуть и эпигенетику. Прошу прощения за обилие новых терминов в главе, это последний, честное слово. Последний и, вероятно, важный. Точно сказать нельзя, ведь эпигенетика — совсем новое направление в исследовании эволюции.
Точное определение эпигенетика получила в 2008 году на конференции в Колд-Спринг-Харбор. Она указывает на изменение в какой-либо характеристике животного или растения, возникшее из-за «изменений в хромосоме без изменений в последовательности ДНК». На первый взгляд тут что-то не сходится, ведь хромосомы состоят из ДНК, логично? И да и нет. В хромосомах также содержатся белки и другие молекулы, обертывающие ДНК, словно пленка с пупырышками. Ген берется за свою работу только тогда, когда эта обертка счищается и обнажает ДНК. Оказывается, в ходе жизненного цикла животного или растения «пленку» можно местами добавить или убрать, тем самым приглушив или усилив действие соответствующих генов.
Более того, потомство может унаследовать определенную конформацию этой самой обертки. Если тяготы жизни требуют активной работы того или иного гена, организм может удалить часть его упаковки, чтобы тот быстрее вырабатывал белок. Возможно, в унаследованной ДНК обертка будет уже убрана, что даст потомству преимущество с самого рождения. Так эпигенетика может усиливать или подавлять ген на протяжении нескольких поколений. Как можно догадаться, эволюционному биологу здесь легко запутаться. Если какая-то особенность организма дает ему преимущество и притом обусловлена генетически, то в случае усиления ее в городской среде можно предположить, что происходит эволюция. Однако может оказаться и так, что ДНК остается неизменной и вместо эволюции мы в действительности наблюдаем эпигенетическую активность.
Возможно, своей устойчивостью к соли дафнии Кайлы Колдсноу обязаны именно эпигенетике. Известно, что при столкновении с вредными химикатами эти животные включают определенные гены, чтобы помочь себе очистить организм. Похоже, что их потомство сразу рождается без обертки на нужных генах. Если с солями дело обстоит так же, этим можно объяснить и быструю адаптацию к дорожной соли, которую обнаружила Колдсноу. Чтобы узнать наверняка, нужно отыскать и секвенировать ДНК-последовательности задействуемых генов.
Как заявил Кевин Гастон в своей обзорной статье, разницу между генетической адаптацией и эпигенетическими эффектами учли лишь единичные исследования эволюции в городской среде. «В будущем городская экология должна принять этот вызов и устранить ограничения», — говорит он. Пока что большинство экспертов считают, что стремительная городская эволюция вызвана фактическими изменениями в ДНК, а не эпигенетикой, но мало кто готов заявить об этом с полной уверенностью. Возможно, уже в ближайшие несколько лет выяснится, что с эпигенетикой нельзя не считаться.
Надеюсь, вы простите мне все эти разглагольствования о мягком и жестком отборе, пластичности, эпигенетике и прочих деталях, связанных с городской эволюцией. Все-таки этот процесс неуловим, но при этом крайне важен для сохранения разнообразия видов в урбанизированном мире будущего. Именно поэтому так важно разбираться в основах современной эволюционной биологии.
