Но самое важное, что наблюдение и эксперимент – это не только два альтернативных метода, это еще инь и ян естественных наук: наблюдения за миром природы становятся источником гипотез, которые можно проверить опытным путем. И нет лучшего примера этого, чем исследовательская программа, которая ознаменовала эпоху полевых экспериментов в области эволюционной биологии.
Я БЫВАЛ В ТРОПИЧЕСКИХ ЛЕСАХ по всему свету. И этот лес во многих отношениях совершенно обычный: буйная растительность, повышенная влажность, идущий постоянным фоном навязчивый гул насекомых и крики птиц. Множество змей, все завораживающе красивы и в большинстве неядовиты. Я рад, что у меня есть походные ботинки высотой до колена на тот случай, если моя нога угодит в какое-то неправильное место.
А необычно здесь то, насколько густа и почти непроходима местная растительность. На самом деле, здесь настолько все заросло, что мы фактически передвигаемся по реке. И это главная причина, почему я надел резиновые галоши. И хотя моя спортивная обувь самого высокого класса, я все равно двигаюсь предельно осторожно, так как камни очень скользкие[31].
В водоемах вверху по течению гуппи более изысканно украшены (слева), чем в водоемах внизу по течению (справа).
Есть еще одна причина, почему мы двигаемся вверх по течению. Обычно когда я отправляюсь в тропический лес, я ищу там ящериц. Но в этот раз мы отправились на поиски маленькой рыбки. Гуппи часто встретишь в домашних и школьных аквариумах. Они славятся своим шикарным стилем: яркие цвета, крупные пятна, увеличенные хвостовые плавники. Как и в случае с собаками и попугаями, люди превратили их в причудливый балаган, и они тоже стали участниками шоу, состязаний и коммерческих затей.
Но подобно тому, как все породы собак произошли от своего предка, волка, так и разнообразные породы гуппи являются потомками диких видов родом из северной части Южной Америки, включая остров Тринидад, расположенный у побережья Венесуэлы. (На самом деле, несколько тысяч лет назад, когда уровень моря был ниже, Тринидад являлся частью Южной Америки). В отличие от волка, по внешности которого вряд ли скажешь о том невероятном многообразии его собачьих потомков, дикие гуппи демонстрируют широкое разнообразие популяций, значительно отличаясь друг от друга по цвету и узору.
Наконец, мы подходим к маленькому водоему. Мы стоим тихо и ждем. Несколько мгновений спустя маленькие рыбки снова приходят в движение. Быстрый бросок аквариумной сети, и теперь можно взглянуть на нее поближе. Да, это гуппи, но совершенно невзрачная. Непохожая на те, что можно встретить в зоомагазинах. Непримечательного серебристо-серого оттенка и без всякого узора.
Постояв там еще несколько минут и поймав еще парочку гуппи, мы продолжили идти по воде, стараясь по возможности не шуметь. Гуппи, как правило, живут только в тихих водоемах, так что нам предстояли длинные участки бурной воды, где отсутствовала наша добыча. Мы проходим еще несколько водоемов с похожей по окрасу рыбой и, наконец, находим водоем, в котором гуппи сверкают оранжевым и голубым цветами, украшены черными пятнами и полосками, что переливаются всеми цветами радуги, с эффектными хвостами с черной окантовкой.
И этот контраст наблюдается в притоках рек по всей северной территории Тринидада: вниз по течению мы встречаем рыб блеклого цвета, а вверх по течению – гуппи броского, кричащего окраса. Подобного рода наблюдения сразу же возбуждают интерес эволюционного биолога: повторяющиеся конвергентные различия указывают на то, что некий фактор способствует дивергенции модели окраса гуппи, но какой? Теперь мы знаем ответ благодаря ряду выдающихся исследований, проводившихся на протяжении более полувека. Эти исследования не только объяснили, что произошло в водоемах Тринидада, но и сделали крошечную гуппи эволюционной знаменитостью[53].
Эта история началась в середине прошлого века стараниями человека эпохи Возрождения, которого теперь все реже встретишь в наш век всеобщей специализации.
Свою первую статью о роли химии в сельском хозяйстве Кэрил Паркер Хаскинс опубликовал, когда ему было восемнадцать лет, после чего последовало несколько статей о муравьях в тот период, когда он был студентом Йельского университета. Оттуда он перешел в Гарвард, где в 1935 году получил докторскую степень за исследование в области генетики плодовых мушек. Дальнейшая карьера вела его в самых разных направлениях.
Он проводил время в лабораториях «Дженерал электрик», изучая влияние радиации на споры плесени. А еще написал ставшую известной книгу[54] «О муравьях и людях», где он сравнивает муравьиные и человеческие сообщества[32]. Хаскинс был совладельцем одной из первых компаний, выпускавших цветные фотографии, и помогал разрабатывать ортопедические приспособления для потерявших зрение во Второй мировой войне солдат. Другими направлениями его работы были микробиология, питание и генетика.
Все это хорошо, но при чем здесь гуппи? В начале XX века датский ученый Эйвинн Винге определил, что гуппи – хороший организм для генетических исследований, особенно для изучения наследования признаков, которые характерны только для одного пола[33]. Хаскинс учел все эти выводы и в 1932 году начал собственные проекты по разведению пород гуппи, чтобы понять механизм наследования того или иного окраса, возникающего преимущественно у самцов.
Исследования, связанные с генетикой гуппи, которые осуществлял Хаскинс и другие ученые, продвигались стремительными темпами, породив многочисленные гипотезы относительно того, как эволюционировала генетическая система гуппи. Однако Хаскинс понимал, что в отсутствие дополнительной информации, почерпнутой из наблюдений за естественными популяциями гуппи, эти идеи не проверишь.
И в 1946 году он вместе со своим соратником и женой Эдной Хаскинс приступил к изучению распространенности моделей окраса гуппи, живущих в дикой природе, и их генетической основы.
Хаскинс быстро заметил топографическое свойство, влиявшее на отдельные виды рыб больше остальных. В горах северного Тринидада часть рек пересекали водопады, большинство из которых были высотой в несколько футов. Но некоторые из них низвергались с тридцати футов. Эти каскады образовывали барьер для основной массы рыб, включая главных хищников гуппи. Но два вида рыб чаще всего встречались над этими преградами – гуппи и тринидадская гетерандрия.
Лосось атлетически перепрыгивает падающие каскадом водопады, перемещаясь вверх по течению. Но гуппи и гетерандрия слишком малы, а откос чересчур высок. И тогда эти рыбы проделывают то же самое, что делают каноисты, когда встречают препятствие на реке: они переправляют лодку волоком, обходя это препятствие. Гетерандия, наряду с несколькими другими видами рыб, славится своей способностью проползать огромные расстояния по сырому лесному покрову. Они просто выбираются из водоема, расположенного на дне водопада, и карабкаются в гору к следующему, находящемуся выше.
Гуппи в отличие от них не такие активные пешеходы, но они способны плавать в очень мелких водоемах. И хотя никто не наблюдал этого вживую, но, вероятней всего, рыба перемещается вверх по течению через временные каналы, образующиеся на лесной почве в периоды проливных дождей.
Эволюционная значимость этого водного барьера, проходимого только для отдельных видов рыб, стала очевидной, как только Хаскинс сравнил рыбу из других частей тринидадских рек. В популяциях, в которых было мало хищников и которые находились над водопадами, самцы, а не самки, обладали очень ярким окрасом. А в популяциях с высоким процентом хищников, находившихся ниже по протоку, и самцы, и самки были довольно тусклого окраса. Хаскинс пришел к выводу, что наличие или отсутствие рядом с гуппи их главных хищников было ключевым фактором, влиявшим на эволюцию окраса самцов.
Типичный тринидадский водопад с водоемом, кишащим гуппи и, вероятно, хищниками.
Чтобы проверить эту идею, Хаскинс осуществил лабораторные исследования хищных рыб, поместив гуппи в аквариум и в уличные водоемы вместе с разнообразными видами тринидадских хищников. И, конечно же, более яркие особи исчезли из аквариума и водоемов гораздо быстрее своих более блеклых сородичей, подтвердив предположение, что яркий окрас – это большой недостаток в водоемах, где плавают хищные рыбы.
Но почему самцы были яркого окраса в отсутствие хищников? И вот здесь на сцену выходят леди. По причинам, которые мы до конца еще не понимаем, самки гуппи предпочитают броских самцов, и такое предпочтение заметнее всего в местах, где нет хищников. Эти сведения были получены[55] в ходе целого ряда плодотворных исследований, осуществленных за последние двадцать лет и продолжающих линию, начатую Хаскинсом.
Исследование Хаскинса, посвященное гуппи, было чрезвычайно новаторским и глубоким, и тем более впечатляющим, что являлось побочным занятием среди других его многочисленных проектов и начинаний. В действительности данная работа была настолько второстепенна, что она даже не упомянута в вышедших после смерти ученого мини-биографиях и некрологах. Тем не менее, эта работа подготовила почву для одной из самых впечатляющих исследовательских программ в области эволюционной биологии, осуществленных в конце XX и начале XXI веков.
В БУРНЫЕ ВРЕМЕНА 1960-х[56] как минимум один студент из Калифорнийского университета в Беркли ответственно относился к домашним заданиям. Все свои детские годы он гонялся за ящерицами и ловил жуков в чапарели Южной Калифорнии, а позднее юный Джон Эндлер поступил в Беркли, выбрав предметом специализации зоологию. Оказавшись там, он быстро устремился в знаменитый университетский музей зоологии позвоночных животных, битком набитый образцами и учеными, изучающими их. (В музее царила спокойная обстановка. Как отмечал Эндлер, «все протестные акции проходили на противоположном конце кампуса, так что мне никто не мешал»).