Лев Кривицкий - Эволюционизм. Том первый: История природы и общая теория эволюции
Химическое оружие возникло в природе задолго до появления человека. Оно было выработано вначале растениями в виде разнообразных ядов, препятствующих поеданию животными. Ядовитые грибы раньше усвоили яркую предупредительную окраску, чем насекомые, которые многие свои яды и пигментные красители вырабатывают именно из веществ, заимствуемых из растений. Многие предупредительные окраски насекомых, демонстрирующие их несъедобность, ядовитость или наличие острых жал с ядом были выработаны на основе растительных веществ – пигментных красителей и сырья для накопления в железах и приготовления ядов.
Об этом часто забывают или не хотят вспомнить сторонники геноцентрического подхода, которые утверждают, что явления мимикрии, то есть подражательной окраски насекомых, дающей возможность съедобным и неядовитым видам выглядеть как несъедобные и ядовитые, могут быть объяснены только мутациями, поддержанными отбором. При таком объяснении борьба за существование и биологическая работа по её осуществлению излишни: случайные мутации образуют множество типов окраски, а склёвывание птицами устраняет все типы, кроме хорошо защищенного.
Однако при всей удивительности явлений мимикрии (от греч. «мимикос» – подражательный) она может быть связана с целым рядом свойств насекомых, отражающих их уникальные способности к борьбе за существование. К ним относятся:
– способность радикально изменять химию организма в зависимости от обстоятельств;
– способность накапливать в организме растительные пигменты и отравляющие вещества;
– способность гусениц или куколок некоторых видов определять окраску взрослых организмов в зависимости от фона окружающей среды;
– способность взрослых организмов некоторых видов постепенно изменять окраску соответственно фону окружающей среды;
– конвергенция, то есть выработка сходных признаков у неродственных видов в сходных обстоятельствах;
– параллелизм, то есть выработка сходных признаков у родственных видов;
– готовность к подражанию для маскировки, выражающаяся в способности некоторых гусениц быть похожими на листья (например, у гусеницы бражника) или сучки, в способности бабочек «притворяться» цветками и т. д.
Все эти способности насекомых выработались вследствие малых размеров их тел, делающих их крайне уязвимыми перед нападениями насекомоядных птиц и млекопитающих. Способности, связанные с умением виртуозно прятаться, маскироваться или мимикрировать под хорошо защищённые организмы являются главным средством борьбы за существование многих видов насекомых. Поэтому они в совершенстве отточены и до тонкостей отшлифованы биологической работой м отбором. Обобщая, можно сказать, что всякая адаптация – результат длительной борьбы за существование и постоянной биологической работы, а не только случайных наследственных изменений и направляющего действия отбора. Борьба за существование и биологическая работа созидают лучшее, отбор подхватывает лучшее и элиминирует всё неспособное к борьбе за существование. В результате выживают и дают потомство в большинстве случаев наиболее приспособленные к дальнейшей борьбе за существование в конкретной среде и их гены образуют наследственные признаки. Таков современный негеноцентрический дарвинизм.
При изучении несъедобности и химического вооружения как средств борьбы за существование необходимо иметь в виду, что накопление химических средств отравляющего, парализующего или неприятного действия представляет опасность прежде всего для самого использующего их организма и требует от вида, применяющего такие средства защиты, внутренних защитных реакций и суровой адаптации для выживания. Такая адаптация заключается в том, что организмы, использующие яды для выживания, вырабатывают вещества, нейтрализующие эти яды и позволяющие избегать самоотравлений.
Часто такая адаптация возникает на основе питания животных растительными волокнами, содержащими отравляющие вещества, а эти вещества в свою очередь служат защитой растений от поедания животными. Механизм этого типа адаптации довольно прост: яды, поглощаемые микроскопическими или даже малыми дозами создают привыкание организма и способствуют расщеплению ядов в жизненно важных органах. При этом поглощённые яды накапливаются в допустимых количествах или вырабатываются из растительного сырья специальными железами.
Американский эколог Юджин Одум рассматривает такие способы борьбы за существование как примеры сопряжённой эволюции животных и растений. Он пишет:
«В сопряжённую эволюцию может быть вовлечено не одно, а несколько звеньев пищевой цепи. Например, Брауэр и др. (1968) изучали бабочку-монарха, хорошо известную тем, что она вообще несъедобна для позвоночных хищников. Оказалось, что эти бабочки способны накапливать высокотоксичные гликозиды, содержащиеся в растениях с млечным соком, которыми питаются бабочки. Тем самым они обеспечивают себя высокоэффективной защитой против насекомоядных птиц. (Это относится как к гусеницам, так и к взрослым бабочкам). Таким образом, у этого насекомого выработалась способность не только питаться растением, несъедобным для других насекомых, но и использовать яд растений для собственной защиты от хищников» (Одум Ю. Основы экологии – М.: Мир, 1975 – 740 с., с. 355).
В сущности, примерами сопряжённой эволюции являются и формы мимикрии. Та же бабочка монарх имеет своего подражателя, бабочку, получившую название «вице-король». Последняя в точности копирует окраску крыльев монарха, обеспечивая себе этим сходством безопасность от птиц. Оба вида живут в одной местности и питаются сходными растениями, но вице-король избегает ядовитых соков, которые губительны для него. Это хрестоматийный пример так называемой бейтсовской мимикрии, начало изучения которой положил английский натуралист Г. Бейтс в 1862 г. Другой хрестоматийный пример – сходство мух с осами, вооружёнными жалом.
Другой тип мимикрии получил название мюллеровского, так как он был описан немецким натуралистом Ф. Мюллером в 1865 г. При мюллеровской мимикрии внешнее сходство приобретается хорошо защищёнными видами, живущими в одной местности и обладающими яркой предупредительной окраской, почти неотличимой для хищников. Это позволяет на основе сопряжённой эволюции выработать у хищников отсутствие аппетита к представителям этих видов при меньшей гибели особей.
Юджин Одум считает, что изучение сопряжённой эволюции может углубить наше понимание биологической эволюции в целом. «Многие биологи, – отмечает он, – полагают, что все эволюционные изменения можно объяснить в рамках селекционно-мутационной теории (иногда называемой неодарвинизмом), но генетиков и особенно экологов очень интересуют возможности естественного отбора на высших уровнях организации» (Там же, с. 354)
В этом высказывании чувствуется протест против геноцентрической ограниченности синтетической теории эволюции и предчувствие потребности в создании эволюционной экологии. К сожалению, это замечание не получило у него соответствующего развития.
Химическое оружие в виде отравляющих веществ или свидетельств несъедобности, как правило, развивается у видов, слабо вооружённых механическими приспособлениями. В более слабой форме оно воплощается в газовых атаках раздражающими обоняние веществами, то есть в испускании отвратительных запахов, свидетельствующих о несъедобности и отрицательно действующих на вкусовые рецепторы хищников.
Так, лесные клопы размазывают по всему телу вонючий секрет, вырабатываемый парными грудными железами, и даже метят им трассы своего передвижения на местности. Неприятные запахи помогают выживать и жукам жужелицам. Более высокий уровень накопления отпугивающих веществ может приводить к нанесению вреда здоровью нападающих, а также обладать нервнопаралитическим эффектом.
Ярко окрашенная крупная гусеница большая гарпия обладает красной головой с устрашающей «маской» и раздвоенным хвостом. В случае нападения гарпия выбрасывает из хвостовой железы жидкость, которая может парализовать насекомоядную птицу. Но если эту мирно пасущуюся на листьях гусеницу только потревожить, она лишь угрожающе повернётся к обидчику своей устрашающей «маской» и выпустит из-под хвоста газы с отвратительным запахом.
У некоторых асцидий для защиты от хищных рыб и ракообразных в туниках накапливается ванадий в сочетании с высокой концентрацией серной кислоты. Весьма совершенным является химическое оружие жуков-бомбардиров. У них под брюшком расположены протоки желез, вырабатывающих гидроквинон и перекись водорода. Эти вещества накапливаются в особых резервуарах подобно бинарным газам, которые состоят на вооружении многих современных армий и сами по себе не опасны для человека, но их соединение губительно.
В случае нападения хищников эти жуки соединяют оба резервуара, вследствие чего запускается каталитическая реакция окисления и струя газа с температурой около 100 °C выстреливается на большое расстояние в направлении агрессора. К тому же при соприкосновении с воздухом смесь с треском взрывается, оставляя взвешенным в воздухе облачко едкого дыма.
