Текст книги "Саммари книги «Дарвин в городе: как эволюция продолжается в городских джунглях»"

Саммари книги «Дарвин в городе. Как эволюция продолжается в городских джунглях»

Менно Схилтхейзен – голландский биолог-эволюционист и эколог. Он является автором множества научных статей об эволюции и экологии и пяти научно-популярных книг, переведенных на несколько языков. Книга «Дарвин в городе» рассказывает, каким образом городская среда влияет на ход эволюции, являясь важным фактором в естественном отборе.

На земном шаре главный экологический фактор – действия человека. Впервые в экологическом плане Земля столкнулась с ситуацией, когда один-единственный вид животных, человек, занял почти всю планету и использует ее в своих интересах.

Переломный момент в мире наступил в 2007 году, когда городское население превысило сельское. С тех пор этот показатель только растет.

Деятельность человека стала главным экологическим фактором на планете. Она влияет на все живые организмы, угрожая их выживанию. В связи с этим пора уже принимать в расчет человеческий фактор, а не только те области, которые еще не подверглись его влиянию, когда мы говорим об экологии, экосистемах и природе.

Эволюция перестала быть длительным процессом, едва заметно преображающим отдельный вид на протяжении миллионов лет. Ее можно наблюдать здесь и сейчас. Природа приспосабливается и меняется перед лицом трудностей, и чем сильнее воздействие извне, тем быстрее она это делает.

Более прагматичным подходом к сохранению окружающей среды является, главным образом, внимание к нормальному существованию экосистем в целом.

Природа уже давно заложила фундамент для новых экосистем, и нам необходимо научиться использовать их в своих целях. Природе надо дать возможность развиваться в городах.

Жизнь в городе

Человек создал собственную экосистему в природе, став ее инженером, а заодно сформировал ниши для животных и растений, которые с ним сосуществуют, – антропофилов.

Наши города так же естественны, как и муравейники. И люди, и муравьи выступают инженерами экосистем. Они строят жилище из материалов окружающей среды; их общество растет; рабочие беспокоятся только о благополучии своего дома и снабжают его найденным съестным. Разница же состоит в том, что муравьи, термиты, бобры и кораллы живут так уже миллионы лет, в то время как человеческая деятельность по созданию собственной экосистемы всего за несколько тысяч лет на порядки выросла в масштабах.

Рассмотрим современный мегаполис с объективной точки зрения, в качестве нового экологического феномена.

За свою историю человечество прошло большой путь, приобретя множество умений и навыков. В Месопотамии около шести тысяч лед назад появились первые города. Сейчас на планете уже есть города с населением, превышающим 10 млн.

Во многих городах мира экосистема уже не состоит только из местных, изначально обитающих в них видов. С тех пор как люди начали заниматься торговлей и путешествовать, они случайно или намеренно перевозили с собой и фауну, и флору из мест их исконного обитания. В экосистемах многих городов, особенно в экосистемах подводного мира, доминируют чужеродные виды.

Сейчас мы можем познакомиться с видовым разнообразием городов благодаря профессиональным биологам, которые всё больше интересуются городской средой. Профессионалы и любители публикуют материалы своих исследований и фотографии в интернете и в печатном виде, и в каждом городе можно найти брошюры и книги, посвященные местной флоре и фауне.

Особенно интересен тот факт, что уровень видового разнообразия в городах не только не особенно опускается, но и часто повышается, особенно у растений и реже у насекомых.

Видовое разнообразие в городах обусловлено следующими факторами:

1. Наличием чужеродных видов.

2. Строительством человеческих поселений в местах с большим биоразнообразием.

3. Ухудшением условий для жизни непосредственно за городской чертой.

4. Отсутствием преследования.

Так что же помогает виду выжить в городе и что губит его?

Городская преадаптация

Эволюцию можно рассматривать только в ретроспективе. То, что вчера подвергалось естественному отбору, сегодня является адаптацией.

Если условия городской среды в некоторых аспектах оказывались схожи с теми, к которым какой-то вид уже приспособился в природе, то он начинает осваивать ниши, созданные человеком в городе. Именно это и подразумевается под преадаптацией к новым городским нишам. Такие виды первыми селятся в городах. Это и домовые воробьи, и голуби, потомки диких сизых голубей, и кулики-сороки, и многие другие. То же и с членистоногими.

От преадаптации в городских экосистемах зависит, какие виды пройдут через сложный отбор мусором, машинами, пылью и бетоном, чтобы стать городскими жителями.

Индустриализация, бабочки и не только

Джеймс Уильям Татт – знаменитый лепидоптеролог Викторианской эпохи. Занимаясь изучением насекомых из отряда чешуекрылых (бабочек, мотыльков, молей), в 1896 году описал понятие, которое известно сегодня как индустриальный меланизм, на примере бабочки, березовой пяденицы.

В южных лесах Британии деревья светлые, и светлой бабочке достаточно просто стать невидимой для врагов, сидя на таких стволах. Когда из-за кислотных дождей погибли лишайники, а из-за сажи почернели оголенные ветки, стали появляться генетические мутанты с темными крыльями.

Это первый случай эволюции в реальном времени. Правда, это еще надо было доказать.

Математический биолог Джон Холдейн в 1924 году взял за основу период, в течении которого темные пяденицы распространились по Манчестеру, 50 лет, и рассчитал коэффициент отбора, т. е. относительное преимущество темных бабочек над светлыми. Результат составил примерно 50 %. Это значит, что на каждых 2-х светлых бабочек, не склеванных птицами и поэтому размножившихся, приходились 3 темных.

Только 30 лет спустя был произведен самый знаменитый эксперимент в эволюционной биологии, подтвердивший цифры Холдейна. Провели его исследователи индустриального меланизма супруги Кеттлуэллы. Однако еще в начале нового века ученые продолжали ломать копья, пытаясь опровергнуть эти результаты.

После принятия в 1950-х и 1960-х годах ряда законов по снижению уровня загрязнения воздуха, спустя годы в индустриальной Англии экологическая обстановка стала восстанавливаться. Исчезли почерневшие деревья, лишайники вернулись на древесные стволы, а темнокрылые пяденицы лишились своего преимущества. В результате за последующие 50 лет их численность быстро сократилась и теперь составляет примерно такое же количество, как и в 1848 году.

Урбанизация городов принесла новые опасности, например для птиц, в виде машин и кошек. Ответом стала стремительная эволюция крыльев многих птиц: у каких-то они стали длиннее (американские скворцы), у каких-то – короче (белолобые ласточки).

Благодаря исследованию пяденицы мы узнали, что одно-единственное изменение в ДНК организма, сопровождающееся мощным естественным отбором, созданном человеком, может спровоцировать радикальные эволюционные изменения.

В 1980-х годах зародилась филогеография. Этот подход к исследованию эволюционной истории природных популяций животных и растений отслеживает историю вида. Он заключается в анализе так называемых маркеров разных участков видовой ДНК у множества особей вида из разных мест их ареала.

Изучая городскую флору и фауну, филогеографы выяснили, в частности, откуда в Париж прилетели попугаи; почему рыжие рыси, живущие в США недалеко от скоростных автомагистралей, генетически отличаются от тех, которые проживают в горах, и у каких из них развился особый иммунитет; что дикие хомячки Нью-Йорка, даже живущие в соседних парках, имеют свой профиль экспрессии генов.

В городской среде обилие тяжелых металлов. И растениям, и животным удается приспосабливаться к этой проблеме.

Генетики разных стран проводили исследования голубей, живущих, в частности, в Париже. Оказалось, что преобладают особи с темным оперением. Они с большим успехом выводят тяжелые металлы из организма, просто перенося их в перьях, и таким образом имеют эволюционное преимущество.

Те виды, которые не смогли приспособиться к непростой городской экологии, погибают.

Яркие огни большого города

Как известно, мотыльки и другие насекомые, которые ведут ночной образ жизни, летят на свет.

Искусственный свет влияет на биологические часы и поведение и ночных животных, и растений. Насекомые гибнут без счета. 50 тысяч птиц погибли в 1954 году на авиабазе в Джорджии, привлеченные светом посадочных огней, разбившись о землю.

У ученых нет обоснованных предположений такого поведения. Казалось бы, организмы должны были со временем выработать способность сопротивляться стремлению к свету. Однако ранее они не сталкивались ни с чем подобным. Видимо, к искусственному свету нелегко приспособиться.

Эксперименты, посвященные этому вопросу, не проводились.

Исключение составляет эксперимент Флориана Альтерматта, швейцарского исследователя. Он изучал один из видов моли, отобрав и городские, и сельские особи. В 2016 году он опубликовал результаты, которые очевидно указывали на городскую эволюцию: 40 % сельских молей сразу же полетели к свету, и лишь четверть городских последовали их примеру. Остальные остались там, где их выпустили.

Да, разница есть, но она едва видна. Так в эволюции ли дело?

А это точно эволюция?

Генетические изменения, движущие городскую эволюцию, не всегда оказываются чем-то новым. Темная окраска перьев городских голубей обусловлена мутировавшим геном. Однако у их диких предков он был задолго до того, как их приручил человек. Гены растений, поселившихся в городской почве, загрязненной тяжелыми металлами, присутствовали в популяции тысячи лет. Это объясняется их помощью в выживании, например, на осыпном склоне с богатой медью или цинком почвой.

Любой ген какого-нибудь вида представляет собой последовательность из нескольких тысяч ДНК, от которой зависит структура и форма белка. Эти последовательности не бывают совершенно одинаковыми у разных особей одного вида. Это следствие ошибок при копировании ДНК, возникших много поколений назад и не влияющих на эволюцию вида, называется генетическим разнообразием.

Генетическое разнообразие позволяет моментально сформировать необходимое для новой среды сочетание генов. Именно поэтому так стремительна городская эволюция: у живых организмов уже есть различные версии тех или иных генов и нужен только естественный отбор, чтобы они себя проявили.

Такой отбор биологи называют «мягким». Когда же задействуются и новые мутации в городской эволюции, отбор называется «жестким».

И всё же, несмотря на то что стремительная эволюция в городской среде бывает почти незаметной и задействует гены, уже имеющиеся у вида, это самая настоящая эволюция. Она абсолютно необходима для сохранения видов в мире будущего.

Встречи в городе

Самой крупной пресноводной рыбой Европы является сом обыкновенный, или европейский. Ареал обитания – восток Европы и запад Азии. Ради рыбалки их выпустили в водоемы западной Европы, на юге Франции, в 1983 году. Популяция быстро росла благодаря обилию пищи.

Вскоре стало происходить нечто удивительное: сомы стали выпрыгивать из воды и хватать за лапки купающихся голубей, утаскивать их под воду и проглатывать вместе с их свинцовыми перьями. Таким образом, можно говорить о новых экологических отношениях, невиданных прежде, когда люди поселили у себя в городах сомов и сизых голубей.

Адаптация видов в городской среде может быть односторонней. Город представляет собой остров тепла: он переполнен домами, теплокоммуникациями, покрыт асфальтом и электрической сетью.

В результате эксперимента Сары Даймонд из Кейсовского университета, проведенного в 2017 году, оказалось, что один из видов городских муравьев, живущих в желудях, лучше переносит тепло, чем его сородичи из сельской местности. Это односторонняя адаптация: городской муравей приспособился к острову тепла, но на сам остров это никак не повлияло. Это контакты первого рода.

К контактам второго рода относятся те, при которых обе стороны могут приспособиться друг к другу, как в случае с сомами и голубями.

Возможно, эволюция научит голубей быть настороже, находясь у воды, а сомов – более эффективно ловить птиц.

Адаптация, вызванная другим организмом, способным к эволюции, а не физической чертой, может быть бесконечной. В этом и заключается ее сила.

Каким бы образом ни взаимодействовали виды, помогая друг другу или враждуя, всегда есть вероятность, что эволюция одного вида, так или иначе, повлияет на другой, связанный с ним экологической сетью.

Близкие городские контакты

Существуют гены, способствующие любознательности и терпимости. Благодаря им животные научаются использовать людей в своих целях, а полученные знания передают другим представителям своего вида.

Так, в городе Лланелли, Уэльс, в 1939 году одна-единственная синица нападала на бутылки с молоком, привозимые по утрам молочником, у одного-единственного дома. Она склевывала собиравшиеся на поверхности сливки. Спустя 7 лет все синицы в округе научились это делать.

В 1975 году в одном японском городе черные вороны стали добывать ядра орехов, бросая их под машины. Толстую скорлупу они расколоть не могли и сначала бросали орехи на асфальт с высоты. Городские парковки были усеяны пустой скорлупой. Вскоре сородичи местных ворон переняли это поведение и усовершенствовали навык.

Поддавались не все плоды, поэтому они нашли более эффективный способ решения задачи. Теперь, чтобы расколоть орех, они уже не искали парковки, а стали использовать другие места, где машины едут медленно, например, резкие повороты и перекрестки. Вороны садились на бордюр, клали орехи на дорогу и ждали, когда проедет машина. Потом добычу забирали.

Исследования, проведенные биологами в разных странах, доказывают, что живые существа, в частности птицы, со временем адаптируясь, приобрели полезные черты для городской среды: склонность к решению задач, неофилию (любопытство ко всему новому) и терпимость (стали меньше бояться людей).

Одним из главных факторов городской эволюции стала борьба между животными и людьми за человеческую еду и ресурсы.

Песни и секс в большом городе

В ходе эволюции самцы и самки одного вида проходят половой отбор, адаптацию друг к другу в процессе эволюции.

В изучение этого процесса важный вклад внесла городская акустическая экология, основное внимание которой направлено, в частности, на анализ пения птиц.

В отличие от людей, воспринимающих мир прежде всего глазами, многие животные общаются друг с другом при помощи звука.

Как же птицам удается быть услышанными другими особями своего вида в бесконечно шумном городе? Ведь пение для них – это и защита территории, и привлечение самок.

В ходе исследований синиц оказалось, что многое зависит от окружения. Самые низкие ноты сливаются с шумом города. В тихом районе частота пения синиц опускается ниже 2 кГц, тогда как в шумных городских районах превышает 3 кГц, чтобы окружающий шум не заглушил их голос. Кстати, самочки синиц предпочитают самцов с низким голосом.

Также разные исследования показали, что такая особенность присуща десяткам видов птиц, живущих в разных уголках мира: голос городских птиц выше и громче, чем у их сородичей за городом. Ею обладают не только птицы, но также амфибии и насекомые.

Половой отбор по важности уступает лишь естественному и является одной из основных движущих сил эволюции. Это не только выбор самкой самца, но и его сражения с соперниками. Так, самцы жуков-носорогов имеют огромные рога, которые помогают победить соперников и спариться с любой доступной самкой. Гены, которые отвечают за размер рогов, перейдут к их потомкам. Постепенно средний размер рогов будет увеличиваться до тех пор, пока не станет мешать жукам. Тут-то в дело и вступит естественный отбор и начнет со временем избавлять популяцию от слишком длинных рогов.

Любое генетическое свойство, которое делает особь привлекательнее для партнеров и дает возможность чаще спариваться, будет в каждом новом поколении ярче выражено. Поскольку постепенное изменение частоты генов и есть эволюция, значит, вид эволюционирует под влиянием как естественного отбора, так и полового.

Самки разных видов более внимательно и скрупулезно, чем самцы, выбирают себе партнера. Это должны быть особи, которые наиболее успешно справятся с созданием многочисленного потомства, т. к. если она ошибется в выборе, ее малышам достанутся второстепенные гены. Такой серьезный подход делает решение самки главным по значению для эволюции.

В ее выборе основным является то, что необходимо виду в первую очередь. У одних животных самец должен уметь защищать территорию, у других – добывать пропитание для самки и детенышей. Но каким образом самка сможет узнать об этих качествах заранее? Ей нужен какой-то убедительный маркер, свидетельствующий об истинных характеристиках самца.

Так, самцы серых юнко (вид воробьев) в своем хвосте имеют белые перья. Чем их больше, тем юнко привлекательнее для самок. Как выяснилось в результате исследования, у самцов, имеющих больше белых перьев, также более высокий уровень тестостерона, и они успешнее дают отпор соперникам.

Эти достоинства особенно важны для юнко, живущих в калифорнийских горах, где очень короткий сезон размножения. Это обусловлено природными факторами: изобилие насекомых, которыми кормят птенцов, длится недолго и его хватает только на 1–2 выводка. Поэтому надо поселиться на территории, где много насекомых, и защищать ее от вторжения других птиц. Таким образом, самка ищет такого самца, который сможет всё это обеспечить, и хвост сообщает ей самые важные сведения.

Другая ситуация в Сан-Диего с его теплым и влажным климатом. Территория университета этого города – отличная площадка для наблюдений и исследований. Здесь птицы уже в феврале могут начинать гнездиться и размножаться вплоть до начала осени и вырастить за сезон до 4-х выводков. Правда, в этом чудесном месте есть и свои недостатки. Это открытая местность с газонами, парковками и улицами, так что юнко становятся легкой добычей ястреба. С учетом этих особенностей для самок уже более важна невзрачная внешность самца, а не количество тестостерона. Именно она поможет спастись о хищников.

Эволюционный биолог Памела Йе предположила, что эволюция должна постепенно избавлять самцов юнко от белых перьев в хвосте. Результаты ее исследований это подтвердили: у юнко, живущих на территории университета, на 20 % меньше белых перьев в хвосте, чем у горных.

Очевидно, что в городе и за его границами от самца требуются разные особенности. В горах и в лесу ценятся задиристые и сильные самцы, а в городе – неприметные. Соответственно, меняются и предпочтения самок. Как результат сельские и городские птицы начинают по-разному выглядеть, причем иногда кардинально, поэтому городских птиц можно даже выделить в отдельный вид.

Эти и многие другие примеры наглядно демонстрируют, как городская эволюция меняет облик наших экосистем.

Город Дарвина

Существует множество доказательств того, что городские экосистемы становятся всё более похожи друг на друга. Происходит медленное, но неумолимое объединение сообществ животных, растений, грибов, одноклеточных организмов и вирусов в универсальное городское биоразнообразие, которое носит глобальный характер.

А как же люди? Возможно, в новой городской среде эволюционируем и мы, а не только животные и растения.

Изучая геномы березовых пядениц, ученые обнаружили мутацию в гене cortex. Тогда значит, что для понимания эволюции человеческой популяции за последнее время точно таким же образом можно изучать геномы людей.

Уже есть доказательства, что городская среда воздействует на эволюцию человека.

Британские проекты UK10K и Biobank в своих базах хранят секвенированные геномы десятков тысяч британцев. Их данные подтверждают эволюционные изменения человеческих генов, произошедшие за последние столетия.

Так, в тех регионах, где раньше началась урбанизация, среди людей получили распространение гены, помогающие бороться с туберкулезом: иммунная система эволюционирует, т. к. подобные заболевания обычно и возникают в местах больших скоплений людей, к которым и относятся города.

Урбанист из Вашингтонского университета Марина Альберти не сомневается, что люди являются частью природы и меняют генетический состав планеты. У человечества есть возможность эволюционировать вместе с другими организмами, и сделать это – его долг.