И, тем не менее, это так. Двести лет назад пяденица березовая соответствовала своему названию – серая с черными крапинками. Конечно, периодически возникавшая мутация меняла окрас или узор, но это длилось недолго. Причина проста: пяденица березовая проводит дни, сидя на деревьях, расправив крылья. А деревья в английских лесах с такими же крапчатыми стволами.
Обычные мотыльки достаточно хорошо сливались с деревом, а мутанты заметно выделялись и были удобной мишенью для голодных и зорких птиц.
В середине XIX века промышленная революция изменила мир не только людей, но и мотыльков тоже. Человеческие перемены были многочисленными и разнообразными, приведя в равной степени к прогрессу и социальным сдвигам. Что касается мотыльков, то здесь итоги были просты: в промышленных центрах и подветренных местностях деревья покрылись черной копотью, которую выбрасывали фабричные трубы. А для светлых мотыльков это стало проблемой. Если изначально они были превосходно замаскированы, то теперь их легко можно было обнаружить на фоне почерневших стволов деревьев.
Есть несколько комичных изображений коллекционера бабочек или мотыльков, особенно XIX века. Представьте себе джентльмена-натуралиста, одетого в мешковатые штаны, шерстяной пиджак и галстук плюс, возможно, очки и шерстяную шапочку. Теперь представьте себе того же джентльмена, бегущего за мотыльком, совершающим волнообразные движения. Человек бешено размахивает сачком и, как правило, промахивается, так как насекомое в последний момент резко уходит вниз или уворачивается.
Пяденица березовая
В те времена коллекционирование бабочек и мотыльков было невероятно популярным занятием: проходили собрания, создавались общества любителей-энтомологов, выпускались информационные бюллетени. И когда обнаруживалось что-то новое, это становилось целым событием. О каждой новой находке исправно сообщалось в таких печатных изданиях, как «Ежемесячный журнал энтомолога» или «Архивы энтомолога». В итоге у нас есть подробно задокументированное описание того, когда и где появился черный окрас мотылька, и как широко и насколько быстро он распространился.
Первые темные мотыльки были пойманы в центральной Англии. Сначала в Манчестере в 1848 году, затем в Йоркшире в 1860 году. Вскоре их обнаружили на севере и на юге, а к концу века и в Лондоне. К началу 1950-х годов мотыльки темного цвета встречались практически по всей Англии. В промышленных районах и подветренной местности популяции мотыльков состояли зачастую почти из одних темных особей.
И хотя ученые изучали процесс распространения черной формы пяденицы березовой с начала XX века, на протяжении долгого времени значимость этой стремительной эволюционной трансформации была недооцененной. Все изменилось, когда Бернард Кетлвелл[49], британский терапевт, ставший энтомологом, провел ряд ставших уже классическими экспериментов. Кетлвелл выпустил оба вида мотыльков в леса, расположенные в сельских и промышленных районах, а потом вернулся и вновь изловил их столько, сколько смог. Его исследование продемонстрировало^01, что выживаемость темных мотыльков была существенно выше в лесах, находившихся вблизи промышленных зон, где деревья были покрыты сажей. И, наоборот, в более чистых сельских районах типичный серый тип был более удачливым. Дополнительные исследования выявили фактор отбора: помещая мотыльков на разном фоне, Кетлвелл убедился в том, что птицы чаще подбирали мотыльков, выделявшихся на привычном для них фоне.
Данные исследования быстро стали учебным примером того, как происходит в природе процесс естественного отбора.
Экспериментальная демонстрация процесса сильного естественного отбора в сочетании с историческими сведениями о быстром изменении окраса, произошедшем за несколько десятилетий, явно указывали на то, что эволюция, вызванная естественным отбором, может происходить стремительно[27].
Примерно в то же самое время, когда Кетлвел проводил свои исследования, ученые и простые люди становились очевидцами происходящей вокруг них стремительной эволюции. Пенициллин – «чудодейственное лекарство», которое должно было стать проводником в будущее, свободное от инфекционного заболевания – был впервые массово применен в ходе Второй мировой войны. И почти сразу же у стафилококков (бактерий, вызывающих стафилококковую инфекцию) развилась сопротивляемость, так что к середине 1950-х годов большая часть преимуществ пенициллина была утрачена.
Впоследствии как только появлялся новый антибиотик, у бактерий быстро развивалась сопротивляемость к нему. Тетрациклин был представлен на рынке в 1950 году, а резистентные бактерии появились девять лет спустя. Эритромицин стал массово доступен в 1953 году, сопротивляемость обнаружена в 1968 году. У метициллина было всего два нерезистентных года после его дебюта в 1960 году. Стремительная эволюция стала заметна широкой публике и стоила многих человеческих жизней.
В то самое время, когда микробы делали антибиотики неэффективными, различные виды вредителей проделывали то же самое с нашими только что созданными пестицидами и гербицидами.
Полевой вьюнок был первым растением, у которого в 1950 году развилась сопротивляемость к гербицидам, и вскоре к нему присоединились многие другие растения, ставшие нечувствительными к нашим химикатам. Некоторым удалось это почти сразу после того, как появились новые гербициды.
То же самое происходило и с сельскохозяйственными вредителями. Препарат ДДТ широко применялся в ходе Второй мировой войны. Первые свидетельства резистентности были обнаружены в начале 1940-х годов, а к началу 1960-х годов резистентность стала широко распространенным явлением. У крыс сопротивляемость к родентициду варфарину развилась в 1958 году, спустя десять лет после того, как препарат появился на рынке. В целом количество насекомых, которые нечувствительны к определенному виду инсектицидов, возросло с семи в 1938 году до четырехсот сорока семи в 1984 году[28]. Стремительная эволюция стоила миллиардов долларов убытков, а в отдельных регионах привела к голоду и нищете.
ПЯДЕНИЦА БЕРЕЗОВАЯ, МИКРОБЫ, ВРЕДИТЕЛИ. К середине XX века точке зрения Дарвина относительно медленного хода эволюции противостояло уже целое течение. Но здесь таится большая подковырка. Дарвин говорил об эволюции в природном мире. А общность всех только что приведенных примеров в том, что они охватывают виды, адаптировавшиеся в ответ на радикальные изменения условий окружающей среды как результат воздействия человека. И неважно, столкнулись ли они с загрязнением воздуха или с разрушительным действием эффективных химических препаратов. Виды во всех этих примерах оказались пред лицом очень сильных новых воздействий естественного отбора, с которыми они никогда прежде не сталкивались. Более того, эти сильные воздействия, как правило, не были временными. Процесс естественного отбора был мощным и последовательным год от года, совсем непохожим на то, как он, согласно бытовавшему мнению, действовал в природе (не забывайте, что в то время было мало данных полевых исследований).
Начиная с 1920-х годов, генетики своими экспериментами доказывали, что плодовые мушки и другие животные быстро адаптируются, когда оказываются под воздействием сильных и постоянных селективных воздействий в условиях лаборатории.
Похожие типы селекции приводят к возникновению новых пород животных и сельскохозяйственных культур. Пяденицу березовую и резистентных микробов и вредителей можно рассматривать как природный аналог лабораторных и сельскохозяйственных исследований. Благодаря данным исследований в области искусственного отбора (как его называют) мы уже узнали, что когда люди применяют метод постоянной селекции, популяции стремительно адаптируются. Эти новые примеры продемонстрировали, что стремительная эволюция в ответ на похожие воздействия естественного отбора происходит в природе точно так же, как в лаборатории или на ферме.
Эта выявленная эквивалентность предполагает, что наблюдаемая стремительная адаптация вовсе не типична для эволюции, происходящей за миллиарды лет. Как утверждалось ранее, в естественных условиях процесс отбора редко бывает таким сильным или последовательным. Согласно представлению Дарвина, в природном мире, не тронутом людьми, эволюция, вероятно, идет гораздо более размеренным темпом. И лишь когда люди нагадят, процесс заметно ускоряется.
По иронии судьбы именно изучение птиц, названных в честь Дарвина – галапагосских вьюрков, – стало тем кинжалом, воткнутым в самое сердце идеи об исключительно медленном ходе эволюции. Подобно пяденице березовой, вьюрки Дарвина стали одним из живых примеров эволюции, и не только из-за их названия или истории. По большей части своей известностью они обязаны уникальной сорокалетней исследовательской программе, осуществленной биологами из Принстона Питером и Розмари Грант[51].
Начиная с 1973 года, Гранты ежегодно проводили несколько месяцев на маленьком, похожем по форме на кратер галапагосском острове Дафни Майор. Их целью было изучить популяцию среднего земляного вьюрка (названного так потому, что есть еще крупные и мелкие его виды) и понять, менялись ли их популяции от поколения к поколению и как, а также попытаться «измерить» естественный отбор, подталкивающий к таким изменения[29].
Чтобы осуществить это, Грантам пришлось ежегодно ловить и измерять всех живущих на острове вьюрков. Только так они могли заметить, меняются ли свойства популяции – вес тела, размер клюва, длина крыла и так далее – от поколения к поколению.
Поймать птицу – процесс более спокойный, чем ловить мотылька или ящерицу. Вместо того, чтобы активно искать добычу и заманивать ее в ловушку каким-то хитроумным способом, будь то сеть или капкан, орнитологи предоставляют птицам возможность ловиться самим. Хитрость заключается в том, чтобы расставить сооружение, которое выглядит как огромная сетка ракетки для бадминтона, только очень тонкая, настолько, что птица часто не замеча