Виролюция. Важнейшая книга об эволюции после «Эгоистичного гена» Ричарда Докинза

Ризеберг применил молекулярный и генетический анализ к двум другим видам подсолнухов, Helianthus annuus и Helianthus petiolaris, дико растущих в сравнительно мягких и благоприятных условиях в центральных и западных областях США. Затем он сравнил результаты с результатами, полученными для трех других видов, Helianthus anomalus, Helianthus deserticola и Helianthus paradoxus, выживающих в крайне суровом окружении — таком, как сухие песчаные почвы Невады и Юты и соленые болота Западного Техаса. И вот тут Ризеберг нашел искомое. Растущие в мягких условиях растения были нормальными, с обычной эволюционной историей, но выживающие в экстремальных условиях оказались гибридами. При этом обнаружилась и весьма удивительная особенность этих растений.

Если смотреть лишь на хромосомы, то эти растения не заподозрили бы в гибридности. Они не были полиплоидами, имели нормальное число хромосом. И это было воистину замечательное открытие [102]. Это было первое экспериментальное подтверждение того, что новый вид может развиться посредством гибридизации и сохранить нормальное число хромосом в геноме. Этот случай назвали «гомоплоидной гибридизацией» — и он повлек за собой весьма важные для теории эволюции последствия.

В 1993 году Ризеберг стал руководителем лаборатории в университете Индианы, в Блумингтоне, где продолжил работу с подсолнухами, и после десятилетних трудов снова удивил научный мир, создав гибридный вид посредством полового скрещивания видов-прародителей [103]. Его успех тут же поставил перед биологами новые животрепещущие вопросы: как же произошли гибридные виды? Как долго занимает в природе процесс образования такого вида? Есть ли у гибрида преимущества над видами-прародителями?

В суровых естественных условиях, где росли природные гибриды, выведенные гибриды Ризеберга выжили, а их прародители погибли. Гибриды вообще выглядели выносливее и крепче. Семена их были больше, корни у них росли быстрее, а значит, они быстрее добирались до подземных водоносных пластов, листья их были уже и не такие сочные, как у прародителей, что сокращало потерю влаги в жарком сухом климате. Они быстрее зацветали и отцветали, что позволяло лучше воспользоваться кратким сезоном дождей, и корни их впитывали меньше минералов, что позволяло приспособиться к жизни в соленой почве. По мнению Ризеберга, этих преимуществ оказалось более чем достаточно, чтобы гибриды превратились в новый вид за пятьдесят — шестьдесят поколений, что «всего лишь мгновение с точки зрения эволюции» [104].

Благодаря этим открытиям подсолнухи сделались главным тестовым объектом для изучения образования видов в ботанике. Работа с ними повлекла важные последствия для экологии, для изучения возникновения и гибели видов растений. Мы теперь знаем, что такие растения, как пшеница, кукуруза, сахарный тростник, кофе, хлопок и табак, — гибриды, полученные либо проводимой человеком селекцией, либо природным образом. Недавние исследования показали: семьдесят процентов нынешних цветковых растений прошли через один или более циклов хромосомного удвоения, а частота такой гибридной полиплоидии у папоротников может достигать девяносто пяти процентов [105]. И поскольку гибридизация не только увеличивает генетическую сложность, но и оставляет след во всех грядущих поколениях, гибридизация растений теперь рассматривается как самостоятельная движущая сила эволюции.

Очевидно, что гибридизация и концептуально, и практически отличается от механизма мутация/отбор. Как и симбиогенез, она носит горизонтальный характер, сводя воедино большое число уже готовых генов из разных ветвей эволюционного древа. В прошлом биологи считали появление гибридов в природе редкостью и потому, найдя полиплоидное растение в природе, не принимали его в расчет, полагая единичной случайностью. Сегодня же все большее число ботаников занимается изучением естественной гибридизации в самых разных условиях и подтверждает, что гибридизация — весьма распространенный и важный процесс во многих видах, родах и семействах [106]. Но в те времена, когда Ризеберг открыл гомоплоидную гибридизацию у растений, многие зоологи еще настаивали на принципиальном отличии животных от растений и на незначительной роли гибридизации в эволюции животных. Они указывали, что для создания нового вида посредством гибридизации нужно, чтобы гибриды не скрещивались с исходными видами, поскольку потомство гибридов и родительских видов либо будет стерильным, либо растеряет генетическое своеобразие, растворится в общей массе. Казалось, у животных гибридизация никак не может быть эволюционной силой.

Но в августе 2006 года это представление рассыпалось в прах после работ с группой весьма красивых, экзотических и ярких живых существ. Забавная параллель с ризеберговскими подсолнухами, не правда ли?

Бабочки геликониды («бабочки-страстоцветы») имеют размах крыльев в восемь сантиметров и более, они обитают в Андах от Коста-Рики до Эквадора. Все шестьдесят с лишним видов этого семейства имеют черные крылья, испещренные разнообразными белыми рисунками. Такая броская окраска предупреждает хищников о ядовитости потенциальной добычи. Одна из наиболее красивых бабочек семейства, Heliconius heurippa, ведет, скорее, одиночный образ жизни. Ночует она на ветвях в нижнем ярусе леса, а днем совершает короткие быстрые вылазки на освещенные места. Колумбийский биолог Маурисио Линарес стал изучать Heliconius heurippa еще в 1989 году, когда приступил к работе над диссертацией под руководством Ларри Гильберта в Остине, штат Техас. Линарес знал: Гильберт и его коллега К. Браун считают Heliconius heurippa гибридом двух видов, Heliconius melpomene и Heliconius cydno, поскольку узор на крыльях Heliconius heurippa представляет собой смешение узоров того и другого видов. Линарес взялся подтвердить это — либо опровергнуть.

Такое предприятие обязательно начинается с детального изучения жизненного цикла бабочек в дикой природе. Heliconius melpomene и Heliconius cydno — виды родственные, и территории их обитания на лесистых горных склонах в значительной степени перекрываются. В эволюционной истории этих видов не было гибридизации, но весьма вероятно, что половой отбор по узору на крыльях был главным фактором, определившим их происхождение и успешное выживание. Их раскраска служит заметным сигналом для особей противоположного пола и хорошо отпугивает хищников. Крылья геликонид бархатисто-черные, на них — яркие пятна. У cydno они белые и желтые, a melpomene еще более пышна и роскошна — она имеет пятна красного, желтого, оранжевого цвета. Узор у heurippa — нечто среднее между ними, он включает широкие желтые и красные полосы. Форма, тон и положение пятен heurippa таковы, будто в них состыкованы рисунки на крыльях cydno и melpomene; впечатление такое, словно природа собрала крылья heurippa из кусочков крыльев видов-родителей. При этом heurippa обитает в тех же условиях, что и melpomene, и в восточных колумбийских Андах ее успешно потеснила. Именно там Линарес начал свои исследования, которые заняли у него немало времени. Он провел несколько экспедиций, отыскивая бабочек с характерным узором на крыльях, либо желтые яйца, отложенные на страстоцветы, либо белых, с черными пятнами и оранжевой головой гусениц, достигающих в зрелом возрасте двух сантиметров длины. Задача доказательства гибридной природы heurippa оказалась весьма сложной и потребовала сбора многих экземпляров бабочек.

В наши дни сложно отыскать не тронутый человеком лес, а в труднодоступных местах зачастую прячется банда-другая местных повстанцев. В январе 1999 года Линарес, уже профессор, отправился на северо-восток, в место, находящееся в двухстах километрах от Боготы, оставил машину и ушел в ближайший лес. Заметил единственную heurippa, но поймать не смог. Дружелюбная крестьянка поделилась с профессором едой, «чудесным кусочком броненосца». Но Линарес заметил: она странно нервничала в его присутствии.