Чтобы изучить проворство фундулюса в вопросах эволюции, Эндрю Уайтхед, биолог из Калифорнийского университета в Дейвисе, сравнил свойства особей с сильно загрязненных участков, попавших под государственную программу очистки Superfund, и из чистых вод по соседству. Так, меньше чем в 70 километрах от Нью-Бедфорда раскинулся остров Блок, до которого загрязнение, к счастью, не добралось. Содержание ПХД там настолько низкое, что его едва удалось определить, – аж в 8000 раз ниже, чем в гавани Нью-Бедфорда. А в 15 километрах от зловонных коктейлей Бриджпорта, у другого берега пролива Лонг-Айленд, фундулюсы радуются жизни в прекрасной лагуне Флакс-Понд, где ПХД нет и в помине.
Здесь и еще в двух парах загрязненных и чистых мест Уайтхед наловил фундулюсов и проанализировал их ДНК, чтобы понять, приходятся ли рыбы в каждой паре мест друг другу ближайшими родичами. Как выяснилось, да: у фундулюсов в лагуне Флакс-Понд и в порту Бриджпорта был общий предок, как и у обитателей гавани Нью-Бедфорда и прибрежных вод острова Блок. Впрочем, на этом их схожесть заканчивалась: в эволюционном плане рыбы с загрязненных участков сильно отдалились от сородичей из чистых вод. Как обнаружил Уайтхед в лабораторных экспериментах, они оказались невосприимчивы к смертельным концентрациям ПХД: если фундулюсы с острова Блок, попав в такую воду, мигом всплыли бы кверху брюхом, то рыбы из Нью-Бедфорда в ней и плавником не повели. То же с рыбами из Бриджпорта и лагуны Флакс-Понд, а также еще из двух пар мест.
В 2016 году Уайтхед и его команда опубликовали в журнале Science статью, где рассказали, как фундулюсу это удалось. Они прочитали геном (полную последовательность всех хромосом, букву за буквой) пятидесяти особей с каждого из восьми участков. Как выяснилось, у каждой рыбы из загрязненной среды мутировали гены, отвечающие за белки AHR, а у некоторых обнаружились мутации и в генах белков, с которыми AHR взаимодействуют. Что интересно, многие мутации были присущи только особям с того или иного загрязненного участка. Это значит, что эволюция несколько раз независимо сделала рыб невосприимчивыми к ПХД.
Затем исследователи захотели понять, как эти мутации влияют на живых особей, и выяснили, что у невосприимчивых к загрязнению фундулюсов попросту нарушено производство белка AHR. Под воздействием ПХД этот белок больше не переключал нужные программы так же активно, как у особей из чистой среды. Иными словами, эволюция дала фундулюсам возможность поддерживать нормальную работу организма, отключив в нем несколько уязвимых компонентов. Возможно, для этого пришлось внедрить какие-либо новые компоненты, а организм рыб перестал работать так же гладко, как прежде, но важно другое: благодаря стремительной городской эволюции фундулюс научился выживать там, где не должен. «Разве это не удивительно? – восхищается Уайтхед. – И на это естественному отбору понадобилось всего несколько поколений!»
И все же ПХД – лишь одна составляющая ядреной химической смеси, которой мы поливаем города. Возьмем, к примеру, дорожную соль. Там, где зимой холодно, дороги щедро посыпают хлористым натрием, чтобы не заледеневали. Только в США каждую зиму на дорогах оказывается 25 миллионов тонн соли – если собрать ее в цельный блок, его объем составит 10 миллионов кубических метров. Неудивительно, что в окружающей среде столько лишней соли: ее находят почти в двух километрах от дорог, которые она защищала ото льда, и на высоте шестидесяти этажей над ними. Из-за этого в больших городах вода каналов и рек зимой становится солоноватой.
Большинству организмов соль сулит одни неприятности. Мы со школы знаем, что вода перемещается в сторону более высокой концентрации соли в ходе процесса под названием «осмос». В соленой среде клеткам организмов приходится усиленно трудиться, чтобы вернуть утекающую из них воду и не высохнуть. Есть и еще одна проблема: по химическому составу натрий очень близок к калию. Калий необходим для ряда процессов в животных и растительных клетках – если заменить его на натрий, эти процессы происходить не смогут. Когда в среде слишком много соли, натрий пытается заменить собой калий, и для организма это ничем хорошим не заканчивается.
У организмов, которые успешно нейтрализуют избыток соли, в ходе эволюции возникли те или иные механизмы для борьбы с ним. В среде, которую то и дело посыпают солью, такие организмы встают на место тех видов, у которых подобных механизмов нет. Как я уже говорил, так устойчивые к соленой среде береговые растения колонизируют обочины крупных дорог в черте города, вытесняя собой обычную придорожную флору. Впрочем, не исключено, что не привыкшие к соли животные и растения тоже вырабатывают устойчивость к ней благодаря посыпке дорог.
Чтобы проверить эту гипотезу, Кайла Колдсноу, аспирант Политехнического института Ренсселера в городе Трой, штат Нью-Йорк, вместе с коллегами провела лабораторный опыт на обыкновенных дафниях (Daphnia pulex). Они рассадили особей из одной пойманной партии по так называемым мезокосмам – просторным аквариумам с экосистемой из планктона, растений, моллюсков и ракообразных, максимально приближенной к реальной. Одна часть мезокосмов была пресной, вторая – солоноватой (около трети от уровня солености морской воды), а в третьей содержание соли было средним между первыми двумя. Дафний оставили там на десять недель – они настолько плодовиты, что за это время успевают сменить от пяти до десяти поколений. В конце нескольких потомков пересадили в чистые аквариумы с пресной водой и дождались смены еще трех поколений – так исследователи хотели убедиться в генетической природе возможных изменений. Затем каждую линию исследовали на устойчивость к соли. Оказалось, приспособленность к соли у дафний сохраняется. Линии, жившие в воде со средним уровнем солености, успешно выживали и в солоноватой воде (около 1,3 грамма соли на литр) – ее перенесло от 75 до 90 % особей. В линиях, никогда прежде не сталкивавшихся с солью, выжило всего 46 % особей.
Это, конечно, всего лишь лабораторный опыт, но все же велика вероятность, что дикие животные и растения у больших дорог тоже проходят эволюционную адаптацию к дорожной соли. С нашей подачи городская флора и фауна в холодных регионах начинает походить на биом морского побережья.
И не только морского побережья, но и, скажем, шахтерского поселка. Тяжелые металлы – цинк, медь, свинец – в природе встречаются редко. Они прячутся в жилах руды внутри скал и могут выбраться наружу лишь в случае, если такая жила окажется на поверхности и начнет понемногу выветриваться. Впрочем, с тех пор как человечество открыло для себя добычу металлов, все изменилось. От старинных медных топоров и топлива со свинцовыми добавками прошлого века до кобальта, серебра, золота, марганца, иттрия, олова, сурьмы и галлия, что скрываются за экраном вашего телефона… Человек усиленно скапливает вокруг себя тяжелые металлы, а большая часть этих скоплений оказывается в городах и вокруг них.
Тяжелые металлы часто бывают токсичными: их молекулы прикрепляются к ферментам, другим белкам и ДНК, что мешает организму нормально функционировать. Так как в естественных условиях они практически не встречаются, большинство животных и растений не успели к ним адаптироваться и плохо их переносят. Но вот появился Homo sapiens и принес с собой груды медного шлака, бензин со свинцом, оцинкованные фонарные столбы и такие же опоры линий электропередачи. Тяжелые металлы вдруг распространились по всему миру, и перед видами вновь встал выбор – приспособиться или исчезнуть.
Среди тех, кто приспособился, оказался губастик крапчатый (Mimulus guttatus)[20], желтый цветок с восхитительным названием, широко распространенный на западе Северной Америки и растущий в том числе на заброшенном медном руднике Копперополис в Калифорнии. Там этот вид наловчился переносить высокую концентрацию меди в почве за счет мутации в гене фермента из семейства мультимедных оксидаз – скорее всего, она способствует вымыванию атомов меди из клетки. Добывать медь на руднике начали 150 лет назад, и тогда же на отвалах пород появились первые мутировавшие губастики.
Нечто подобное произошло с травой, растущей под оцинкованными опорами линий электропередачи в Великобритании. Из-за того, что с железных вышек все время падают частички цинка, содержание этого металла в почве местами превышает норму в пятьдесят раз. В 1988 году Седик аль-Хияли и его коллеги из Ливерпульского университета собрали образцы пяти видов травы из-под вышек, возведенных за 18–33 года до исследования, и с раскинувшейся неподалеку поляны. Затем они пересадили их в богатую цинком почву у себя в лаборатории и через некоторое время измерили длину корней, чтобы определить степень устойчивости травы к цинку. Все пять видов растений, найденных под вышками, чувствовали себя прекрасно: корни у них оказались в пять раз длиннее, чем у травы, собранной в других местах.
Приспособиться к обилию тяжелых металлов удается не только растениям, но и животным. Российский генетик Наталья Обухова с 2000 по 2004 год объездила всю Европу, чтобы описать особенности внешности почти девяти тысяч городских голубей. В своих записях она указала цвет особи, светлый или темно-серый (у голубей это зависит от генов). Ее наблюдения показали, что темные голуби – те, у которых в перьях больше пигмента меланина, – в крупных городах встречаются чаще, чем в пригороде и селах. Почему так? Дело в близком общении с птицами заводчиков голубей или в чем-то еще?
Этим же вопросом задалась Марион Шатле из Парижского университета. Она решила продолжить исследование Обуховой на парижских голубях – в Париже много цинка и темные под стать ему голуби. Зная, что меланин связывает атомы металлов, она предположила, что голубям с темным оперением в городах живется лучше: они успешнее выводят тяжелые металлы из организма, просто перенося их в перья. Ее коллега Лиза Жакин поймала в Париже почти сотню голубей, а Шатле записала, насколько их перья темные, надела каждой особи кольцо на лапку, выдернула из крыльев по два больших маховых пера и поселила в птичниках у себя в лаборатории, где не было цинка. Спустя год перья отросли заново. Шатле снова их выдернула и провела химический анализ, чтобы определить, сколько цинка перешло в перья за проведенный в чистой среде год. Выяснилось, что более темные голуби вывели из организма примерно на 25 % больше цинка.