[26] тот факт, что общий предок у динофлагеллятов и ленточных червей жил, вероятно, миллиард лет назад.
СПИСОК ПРИМЕРОВ КОНВЕРГЕНТНОЙ ЭВОЛЮЦИИ длинный и экзотичный и затрагивает все уголки биологического мира. Но нам на самом деле совсем не нужно уходить так далеко, чтобы увидеть доказательства конвергенции – наш собственный вид может предложить массу примеров.
Вид хомо сапиенс появился в Африке всего сто миллионов лет назад, но за этот короткий период мы завоевали весь мир, путешествуя и адаптируясь ко всем четырем частям света. И в процессе этого популяции разных регионов мира занимали похожую среду обитания – высоко в горах, далеко на севере, на нескольких континентах, в засушливых пустынях.
Были созданы все условия для конвергенции, и естественный отбор в данном случае не подвел.
Вопрос адаптивной значимости вариативности[27] цвета кожи среди человеческих популяций обсуждается уже давно, но ученые, похоже, уже приходят к общему мнению, что цвет кожи отражает баланс двух факторов. С одной стороны, темный цвет кожи, обязанный высокому содержанию меланина, защищает от ультрафиолетового излучения, особенно сильного в экваториальных районах. С другой стороны, UV-лучи важны для выработки витамина D. На высоких широтах, где солнечный свет менее интенсивный, благодаря светлой коже усиливается проникновение UV-лучей.
Наш вид родом из Африки, которая расположена на экваторе. В результате первые люди, вероятней всего, были темнокожими. Данный вывод подтверждает филогенез: на нижних ветвях эволюционного древа темнокожие жители Африки. А выше идут порожденные африканскими популяциями светлокожие популяции из Европы и Азии. Эти филогенетические связи почти не оставляют сомнений в том, что темная кожа – наследственное условие появления более светлого цвета кожи.
Генетики обнаружили изменения, ответственные за тот или иной цвет кожи, и оказалось, что цвет кожи азиатов стал результатом иных мутаций, чем те, что привели к появлению более светлого оттенка у европейцев. Эти генетические различия убедительно говорят о том, что светлый оттенок кожи эволюционировал независимо – конвергентно – в разных популяциях по мере того, как они колонизировали северные регионы планеты[16]. В свою очередь, предки аборигенов Австралии, прибывшие туда примерно пятьдесят тысяч лет назад, произошли предположительно от светлокожих азиатов.
Таким образом, темный оттенок их кожи конвергентен похожему оттенку кожи африканских популяций.
Еще один случай конвергенции среди человеческих популяций это способность взрослых пить молоко. Одним из определяющих свойств млекопитающих является производство организмом материнского молока для выкармливания своего потомства. Для его переваривания у малышей млекопитающих вырабатывается специальный фермент, лактаза, расщепляющая лактозу – сахарид, являющийся важнейшей составляющей молока. Но когда подросшего малыша млекопитающего отлучают от матери, ген, который производит лактазу, прекращает свою работу, потому что данный фермент больше не нужен. Это происходит среди большинства человеческих популяций, а также у всех других видов млекопитающих. Кошки, к примеру, не приспособлены к тому, чтобы пить молоко, в противоположность распространенному мнению. Накормите взрослую кошку молоком, и у нее случится расстройство пищеварения, обычно заканчивающееся диареей. То же самое относится к взрослым в большинстве человеческих популяций: шестьдесят пять процентов взрослых не переносят лактозу, и им пить молоко небезопасно.
Другой трети человеческой популяции повезло больше. Как же так случилось, что эти индивидуумы, уникальные в мире млекопитающих, способны продолжать пить молоко, став взрослыми? Ответ дают коровы.
За последние несколько тысяч лет человеческие популяции в разрозненных частях мира – Восточная Африка, Ближний Восток, северная Европа – начали пасти скот. Почему скотоводство возникло в этих регионах, а не в других, является предметом спора среди антропологов. Но совершенно ясно, что эти люди занялись выпасом коров независимо друг от друга.
Вместе с коровами[28] появился постоянный источник молока. Чтобы воспользоваться этим подарком, естественный отбор предложил решение, поощряя те генетические изменения, которые поддерживали выработку лактазы на протяжении всей жизни. Те из вас, кто испытывает наслаждение от стакана холодного молока, а также от молочных коктейлей, мороженого и творога, могут благодарить наших предков-скотоводов, наделивших вас особым генетическим аппаратом.
И хотя несколько человеческих популяций в результате конвергентной эволюции выработали одинаковое адаптивное решение, генетический анализ показывает, что они сделали это не одинаковым способом. Скорее различные мутации – каждая с одинаковым эффектом удерживания лактазного гена во включенном состоянии – эволюционировали в разных популяциях.
Мы, люди, не единственный вид, многочисленные популяции которого адаптируются похожим способом. На самом деле подобная внутривидовая конвергенция – довольно распространенное явление: у популяций берегового хомячка неоднократно вырабатывался светлый оттенок шерсти после колонизации ими ослепительно белых песчаных дюн. Многочисленные популяции мексиканского аноптихта (родственника того вида рыб, который знаком держателям аквариумов) переместились в подземные пещеры и потеряли свой окрас и глаза. У орегонского тритона выработались высокие уровни тетродотоксина (яд, содержащийся в телах рыбы-собаки и фугу) в качестве защиты от их врага-хищника, обыкновенной подвязочной змеи. А во многих местах у обыкновенной подвязочной змеи, в свою очередь, выработалась сопротивляемость к этому яду. Я бы мог продолжать этот список и дальше. Когда близко родственные группы оказываются в одинаковых специфических условиях, они, как правило, адаптируются к ним похожим способом.
ПОКА я говорил о конвергенции между двумя видами, живущими в схожих условиях. Это представление имеет глубокие исторические корни. Дарвин рассуждает на эту тему в своей работе «О происхождении видов». С тех пор многие эволюционные биологи обсуждали данный вопрос. Как я уже говорил, эта идея, хоть и старая, расцвела пышным цветом в последние годы, когда мы пришли к пониманию того, что конвергенция гораздо более распространенное явление, чем мы себе представляли.
Но отдельные связанные с ним идеи возникли относительно недавно, всего несколько десятилетий назад. Дарвин концентрирует свое внимание на одном единственном селективном факторе и на том, как удавалось многочисленным видам эволюционировать одинаково. Но почему конвергенция должна быть ограничена одним набором видов, адаптирующимся к схожим условиям обитания?
Мы знаем, что в любом конкретном месте существует огромное разнообразие живых существ, и каждое из них адаптируется к своей собственной экологической нише. Если два места очень похожи, разве не может тогда естественный отбор породить целый ансамбль конвергентных типов, так что каждая адаптивная форма в одном месте развивается параллельно своему конвергентному двойнику в другом месте? Это гораздо более новая идея в эволюционной биологии, которую начали разрабатывать относительно недавно. И большая часть данных исследований проходила на островах.
Глава втораяРеплицированные рептилии
Взгляните на этого симпатичного парня на фотографии. Это я, тринадцатилетний, во время семейной поездки в Майами навещаю мою двоюродную бабушку.
И я, как всегда, вышел на улицу, чтобы порыскать в шикарных лесных зарослях южной Флориды в поисках моих любимых чешуйчатых зверей. В этот раз мои труды увенчались успехом. Моя добыча – маленькая ящерица, красногорлый анолис, Anolis carolinensis.
Автор делает первые шаги в герпетологии
Красногорлые анолисы были и являются распространенными домашними питомцами, так что когда я занялся в школе научным проектом, посвященным ящерицам, мне не нужно было искать себе объект для изучения. В восьмом классе я выяснял, меняют ли эти ящерицы свой окрас, чтобы слиться с окружающей средой. В противоположность бытующему мнению, они не меняют его.
В двенадцатом классе я пытался выяснить, какие механизмы запускают процесс размножения весной (проект провалился, но я выяснил, что ответ – в увеличении продолжительности светового дня).
Итак, будучи подготовленным, я поступал в колледж, решительно настроенный изучать герпетологию. Когда я был на втором курсе и студент-выпускник пригласил меня поехать с ним на Ямайку, чтобы ассистировать в натуралистических исследованиях, кого бы вы думали? – анолисов, – я недолго размышлял. Хотя и был расстроен, когда мне сказали, что теннисная ракетка мне там не понадобится: видимо, я по-другому представлял себе эти исследования.
Красногорлый анолис – единственный североамериканский местный вид анолисов[17], но в других местах данный род представлен намного заметнее. Более шестидесяти их видов обитают на одной только Кубе и почти двести пятьдесят – на материковой территории Центральной и Южной Америки. На Ямайке, которая в десять раз меньше[29] Кубы, обитает семь видов ящериц.
Первой остановкой была морская лаборатория на северном побережье острова. Снискавшая себе славу среди морских биологов как отличное место для изучения карибских коралловых рифов, эта лаборатория обрела свою отдельную обширную клиентскую базу, и все благодаря буйным лесам, изобилующим ящерицами. Отвергнув ласты, маски и дыхательные трубки, влюбленные в сушу биологи использовали лабораторию как базу для изучения наземной фауны Ямайки.
Приехав туда, мы уже вскоре открыли для себя местное многообразие ящериц – они были повсюду и не боялись привлечь к себе внимание. У самцов анолисов (и самок отдельных видов) под горлом имеется складка кожи, которая называется подгрудок. В состоянии покоя эта складка сворачивается, так что виден только рубчик кожи, идущий почти с кончика челюсти до груди. Но когда ящерице нужно выступить с заявлением: «Исчезни, парень, это моя территория» или «Эй, леди, посмотрите на меня. Я стану хорошим папочкой», – тогда появляется подгрудок, спускаясь дугой вниз от челюсти и образуя такой большой полукруг, что ящерице часто приходится выпрямлять ноги, отталкиваясь от земли, чтобы ее стало заметно.