Карл Циммер - Эволюция: Триумф идеи

В первом эксперименте Фаррелл решил проверить, действительно ли появление новой системы защиты способствует бурному разнообразию среди растений. В качестве объекта исследований он выбрал эволюцию канальцев с млечным соком, цель которых — утопить кормящееся насекомое. Фаррелл обнаружил, что такая система защиты появилась независимо у 16 семейств растений. Он подсчитал число видов, которым дали рост эти семейства, и сравнил его с числом близкородственных видов, но лишенных канальцев с соком. В 13 случаях из 16 группы с канальцами оказались гораздо более разнообразными, чем родственные им группы без канальцев. К примеру, гингко и хвойные деревья происходят от не слишком далекого общего предка, но семейство гингко, лишенное каналов, состоит из одного-единственного вида. Хвойные же, получив канальцы со смолой, активно развивались и породили 559 видов, от сосны до тиса. Маргаритки и одуванчики принадлежат к весьма разнообразной группе млечных растений, известных как Asterales; в рядах этой группы насчитывается 22 000 видов. У их ближайших бесканальцевых родичей Calyceraceae (калицеровых) — всего 60. Развив у себя оборонительные канальцы, эти растения вполне оправдали предсказание Эрлиха и Рейвена: надежно защитившись от врагов, они обрели свободу развития и добились гораздо большего разнообразия, чем их незащищенные собратья.

Затем Фаррелл перешел ко второй части гипотезы Эрлиха и Рейвена: насекомые, сумевшие колонизировать новую защищенную линию растений, в свою очередь испытывают всплеск разнообразия. Он выбрал для изучения чрезвычайно разнообразную группу насекомых: жуков. Биолог Дж. Холдейн любил говорить, что если из биологии и можно узнать что-то о природе Создателя, так это то, что Он «необычайно любил жуков». Если насекомые — самая разнообразная группа животных, то жуки, которых известно 330 000 видов, — безусловно, самая разнообразная группа насекомых. Фаррелл решил выяснить, как им удалось достичь такого разнообразия.

Прежде всего он составил для жуков эволюционное древо. Выяснилось, что сначала жуки не питались растениями. Вообще, самые примитивные жуки питались грибами и мелкими насекомыми. И сегодня некоторые виды жуков, к примеру, долгоносики, продолжают вести примитивный образ жизни. Но 230 млн лет назад новая ветвь жуков переключилась на питание растениями. Большинства самых обычных растений, к которым мы привыкли, тогда еще не было. К примеру, не было цветковых растений. Ранние растительноядные жуки специализировались на существовавших тогда голосеменных растениях (в эту группу входят хвойные, гингко и саговые пальмы). Питаясь голосеменными, новые группы жуков развились в гораздо большее число видов, чем их родичи, которые питались грибами и насекомыми.

Около 120 млн лет назад начали появляться покрытосеменные, они же цветковые, растения, оказавшиеся значительно более приспособленными и разнообразным, чем голосеменные. По мере того как они развивались, пять разных семейств жуков сумели перебраться с голосеменных на цветковые растения, Фаррелл обнаружил, что во всех пяти случаях те жуки, которым это удалось, достигли большего разнообразия, чем те их родичи, что остались на голосеменных. В некоторых случаях разнообразие новых групп жуков умножилось более чем в тысячу раз. Как и предсказывали Эрлих и Рейвен, новые жуки опробовали множество новых способов питания и жизни на новых растениях. Жуки, живущие на голосеменных растениях, специализируются на сосновых шишках или подобных семясодержащих структурах. Жуки, которым удалось перебраться на цветковые растения, начали пробовать разные сорта пищи — кору, листья, корни.

Никто не проверял другие группы насекомых настолько тщательно, но скорее всего там тоже выявилась бы подобная закономерность: секрет успеха — коэволюция с цветковыми растениями. Кроме того, как все хорошие исследования, работа Фаррелла наводит на новое размышление: почему на свете так много цветковых растений? Отчасти ответ, вероятно, заключается все в той же коэволюции. По мере того как насекомые изобретали все новые и новые способы пожирания цветковых растений, те испытывали сильное эволюционное давление и искали способы сдерживания. Одновременно некоторые насекомые, такие как пчелы, развивали с растениями более взаимовыгодное сотрудничество, помогая цветковым опыляться и распространять пыльцу. Возможно, такое сотрудничество помогло им избежать вымирания и породить больше видов. Ученые выяснили, что разнообразие порождает разнообразие.

Жуки и другие насекомые эволюционировали вместе с растениями, которыми они питаются, сотни миллионов лет. В последние несколько тысяч лет мы, люди, внезапно изменили условия их коэволюции: мы окультурили растения и попытались избавить их от насекомых-вредителей. В большинстве случаев мы попытались остановить насекомых, не принимая в расчет реальных процессов коэволюции. В результате значительная часть наших усилий оборачивается бедой или по крайней мере серьезными проблемами. Пожалуй, самое наглядное проявление коэволюции в действии, — стремительный рост резистентности насекомых к пестицидам.

Человек начал окультуривать растения около 10 000 лет назад. Когда первые крестьяне засеяли свои поля чечевицей и полбой, насекомые этого не заметили и продолжали поедать растения на полях точно так же, как до этого поедали их диких предков. Поначалу человек мог только молиться богам об избавлении от вредителей; реально ничего сделать было невозможно. Бывали случаи, когда насекомых даже привлекали к суду. В 1478 г. жуки съели весь урожай вокруг швейцарского города Берна, и в ответ мэр города поручил одному из городских юристов обратиться в церковный суд и потребовать наказания преступников. «Причиняя вред, они наносят ущерб вечному Богу», — жаловались жители города. Жукам тоже был назначен адвокат; защитник и обвинитель сошлись в суде и красноречиво изложили дело. Выслушав обе стороны, епископ вынес решение в пользу крестьян и объявил жуков воплощением дьявола. «Мы обвиняем их и налагаем на них проклятие, — объявил он, — и приказываем им повиноваться и предаем их анафеме именем Отца, Сына и Святого Духа, чтобы они убирались со всех полей, земель, огородов, семян, плодов и прочих продуктов и удалились».

Жуки и не подумали удалиться. Они продолжали как ни в чем не бывало есть посевы. Тогда было решено, что жуки — не воплощение диавола, а наказание, наложенное Господом на крестьян за тяжкие грехи. Как только крестьяне заплатили церкви десятину с того небольшого урожая, который им удалось все же собрать, жуки пропали. Или, может быть, они просто истощили запасы пищи, и численность популяции резко упала — совершенно естественным образом.

Когда не помогли судебные процессы и заклинания, крестьяне прибегли к ядам. Еще шумеры 4500 лет назад начали посыпать свои посевы серой; в Древнем Риме были популярны деготь и жир. Древние земледельцы открыли, что вещества, содержащиеся в некоторых растениях, также способны защитить посевы от вредителей. Греки, прежде чем посадить семена, вымачивали их в настое из огурцов. В XVII в. европейцы начали извлекать из растений, таких как табак, химические вещества, которые оказались еще более мощным средством от вредителей, чем прежние настои. Пиретрины, полученные в 1807 г. из кавказской ромашки, используются в сельском хозяйстве до настоящего времени.

Параллельно с поиском более эффективных пестицидов европейцы устраивали огромные поля и плантации, как в Европе, так и в недавно открытых колониях. Для насекомых как будто накрыли громадные пиршественные столы. Во многих странах начались настоящие эпидемии насекомых-вредителей. Крестьяне начали прибегать к более мощным пестицидам, таким как цианиды, мышьяк, сурьма и цинк; они смешивали медь с известью и получали смесь, известную как парижская зелень. Изобретение аэропланов и опрыскивателей сильно расширило возможности сельских тружеников: теперь пестицидами можно было сплошь обрабатывать целые поля, и к 1934 г. американские фермеры использовали в год 30 млн фунтов серы, 7 млн фунтов пестицидов на мышьяке и 4 млн фунтов парижской зелени.

Около 1870 г. в Сан-Хосе, штат Калифорния, появилось маленькое плодовое насекомое; вероятно, оно было завезено в США с рассадой из Китая. Этот вредитель, получивший название щитовка калифорнийская, быстро распространился по Соединенным Штатам и Канаде, уничтожая по пути под корень плодовые деревья. Садоводы обнаружили, что лучший способ борьбы с новым вредителем — опрыскивать сад смесью серы и извести. Через несколько недель после опрыскивания дерева щитовка на нем полностью исчезала. Известково-серный раствор получил название калифорнийской жидкости.

Однако в начале XX в. садоводы начали замечать, что традиционная смесь серы и извести работает не так уж хорошо. Как правило, несколько особей щитовки на дереве оставалось в живых после опрыскивания, и со временем численность вредителя полностью восстанавливалась. Садоводы долины Кларкстон в штате Вашингтон, к примеру, пришли к убеждению, что производители подмешивают что-то в пестицид и разбавляют его безвредными добавками. Пытаясь гарантировать себе чистый беспримесный яд, они построили собственную фабрику и начали поливать деревья пестицидами местного производства — но щитовка продолжала распространяться, не обращая внимания на новшества. Энтомолог А. Л. Меландер осмотрел деревья и обнаружил, что щитовки припеваючи живут на листьях под толстой коркой высохшего спрея.