Анастасия Дубинина

Здравствуйте, дорогой мистер Дарвин!

Вы не представляете, насколько я была счастлива получить Ваше очередное письмо. Я так долго не получала от Вас писем, что мне уже начало казаться, что наша с Вами переписка – это лишь плоды моего воображения, а значит, никакого временного портала, соединяющего XIX век и век XXI, не существует. Ваше письмо развеяло все мои сомнения.

Вы спрашиваете меня, что же произошло с Вашим трудом «Происхождение видов путем естественного отбора». Только представьте себе, с момента первой публикации вашего труда прошло уже более 150 лет, но до сих пор его цитируют все эволюционисты нашего времени, ни одному ученому не удалось его опровергнуть, найти в нем изъяны. Новые открытия в биологии (а за эти 150 лет наука далеко ушла вперед; например, человечество узнало, что носителем наследственной информации является именно ДНК, о чем я рассказывала Вам в последнем письме) лишь подтверждают вашу теорию и это не может не вызывать восхищения. Осмелюсь прокомментировать третью главу Вашего труда с точки зрения современной науки.

В третьей главе Вы рассуждаете о борьбе за существование, которая «неизбежно вытекает из большой скорости, с которой все органические существа имеют тенденцию увеличить свою численность». Действительно, обычно организмы оставляют потомков намного больше, чем доживет до половозрелого возраста. Представим лишь на минуту, что все потомство даже одной пары организмов выживет, тогда по истечении определенного времени (нескольких тысяч лет, либо даже нескольких сотен) потомки этой пары заполонят всю нашу планету. Это всего лишь догадки, но вспомним, что произошло в Австралии, когда в середине XIX века сюда завезли кроликов (простите, Вы же уже не застали это время). Благоприятный австралийский климат, небольшое число хищников, подходящая растительность способствовали высокой скорости увеличения численности кроликов, попавших в дикую природу, и их расселению по всему континенту, ведь старые и молодые особи меньше подвергались истреблению, а почти все молодые особи получали возможность оставить потомство. Быстрое возрастание численности и широкое распространение объясняется геометрической прогрессией увеличения численности. В XX веке было предпринято немало попыток свести к минимуму число кроликов: в Австралию завозили европейских хищников, кроликов заражали миксоматозом, – это приводило лишь к временному снижению их численности. Но вмешалась сама природа. На сегодняшний день в некоторых районах численность снижается и стабилизируется – кролики постепенно вписываются в местные экосистемы, у них появляются свои враги и паразиты. Таким образом, мы наглядно видим, что природа создала механизмы, стабилизирующие численность популяций. Таким механизмом является борьба за существование.

Жизнь любого живого существа – это постоянная борьба. Для того чтобы выжить, для того чтобы оставить потомство и обеспечить передачу своих генов в следующее поколение, индивид должен быть приспособлен к условиям окружающей среды. При изменении климата выживают лишь особи, адаптированные к широкому спектру изменений. Однако климат не является основным фактором, сдерживающим численность популяции. В природе происходит ожесточенная борьба между хищником и его жертвой, паразитом и хозяином, в конце концов, между представителями одного вида за пищевой ресурс. Рассмотрим простой пример. В Карасукском районе летом 2011 года наблюдалось резкое снижение количества гнездовий Белокрылой крачки по сравнению с предыдущими годами. Белокрылая крачка строит свои гнезда на мелководных водоемах, при этом гнездо либо держится на плаву, либо располагается на кочке. В связи с тем, что количество выпавших осадков в этот год было низким, многие мелкие водоемы пересохли, таким образом, мест, пригодных для гнездовий, оказалось немного. К началу июня было обнаружено несколько гнездовий на урочище Журавлинка и на временном водоеме вблизи села Сорочиха. Однако к середине июня все гнезда были покинуты: часть гнезд была разорена грачами и другими хищными птицами, остальные же были вытоптаны скотом. Как видим, выживаемость индивида зависит не только от физических факторов, но и от других видов животных, растений и микроорганизмов. Если один вид более адаптирован (не только к условиям окружающей среды, но и к борьбе за выживание с другими организмами), то ухудшаются условия для другого вида. Так, чтобы выжить, нужно постоянно эволюционировать. Ли ван Вален в 1972 году пытался подобрать аналогию, чтобы сформулировать этот закон, и нашел ее в книге Льюиса Кэрролла «Алиса в Зазеркалье». Красная Королева, одна из шахматных фигур в этой сказке, всегда бежала быстрее ветра, но никогда никуда не попадала:

- У нас, – сказала Алиса, с трудом переводя дух, – когда долго бежишь со всех ног, непременно попадешь в другое место.

- Какая медлительная страна! – сказала Королева. – Ну, а здесь, знаешь ли, приходится бежать со всех ног, чтобы только остаться на том же месте! Если же хочешь попасть в другое место, тогда нужно бежать, по меньшей мере, вдвое быстрее!

«Принцип Красной Королевы» (такое название получила эта закономерность) гласит, что в природе постоянно происходит борьба, мир постоянно меняется, но, как писал Мэтт Ридли: «Мир все время возвращается туда, откуда он начал: изменение есть, прогресса – нет». Хищник совершенствует методы выслеживания и поимки жертвы, жертва же в свою очередь совершенствует способы, как улизнуть из лап хищника. Интересна коэволюция паразита и его хозяина. Паразиту не выгодна смерть последнего: если умрет хозяин, умрет и паразит. Когда паразит впервые заражает нового хозяина, он смертоносен, но постепенно он «успокаивается», становится менее опасным. Ведь в популяции с высокой устойчивостью и большим числом зараженных особей найти нового хозяина значительно сложнее. Таким образом, чем выше устойчивость хозяев к паразиту, тем менее выгодна ему их смерть. Тем не менее, даже если смертность от паразита и упадает, хозяин все равно пытается от него избавиться, поэтому продолжает совершенствовать методы защиты от него. Паразит, в свою очередь, придумывает новые способы, как обойти эту защиту и получить больше ресурсов от хозяина. «Гонка вооружений» не прекращается ни на мгновение. Мэтт Ридли сравнивает этот процесс с эволюцией компьютерных вирусов. Первый вирус представлял собой простую программку, которая внедряла свои копии в новых хозяев. Эта программа была написана в 1983 году аспирантом Калифорнийского института Технологии Фредом Коэном. Сначала все компьютерные вирусы создавались людьми до тех пор, пока Томас Рей, биолог из университета Делавэра, не создал систему «Tierra». Эта система включала в себя несколько программ, которые могли быть изменены путем случайных мутаций или перестановок, при этом программа все равно продолжала работать. В результате они стали эволюционировать в сторону уменьшения размера. Среди мутантных программ появились и паразиты, которые использовали половину необходимого им кода у более длинных программ. Те, в свою очередь, научились скрывать свои части, т.е. становились невидимыми для паразитов, но возникали новые мутантные паразиты, способные их обнаружить. Как это похоже на коэволюцию паразита и хозяина в природе.

Однако, как Вы верно заметили, самая ожесточенная борьба происходит между представителями одного вида. Простой пример: антилопе, преследуемой леопардом, для того чтобы сохранить жизнь, не так уж и важно бежать быстрее леопарда, главное – бежать быстрее других антилоп. Вспоминается старая история о двух охотниках, убегающих от медведя. Один их них, потеряв всякую надежу, говорит второму: «Бежать бесполезно, все равно медведь быстрее тебя!». «А мне и не нужно бежать быстрее медведя, – ответил второй. – Мне просто нужно бежать быстрее тебя».

Казалось бы, индивид должен действовать во имя сохранения вида, но в действительности это не так. Малые суслики, защищая свою территорию, способны убить своего соперника. То, что они принадлежат одному виду, никакого значения не имеет. Новый самец-вожак в группе приматов часто убивает всех детенышей. Многие ученые объясняют это тем, что у самок приматов в период вскармливания и заботы о детеныше подавляется овуляция, поэтому самец не может спариваться с ними. Убийство детенышей позволяет ему вернуть самок в фертильное состояние. Выгоду от этого получает только самец, виду же от этого плохо. Однако немало ученых не теряло надежды, что иногда индивиды могут действовать во имя процветания вида. Альтруизм среди животных был этому подтверждением. Однако Джордж Уильямс опроверг эту теорию, открыв миру глаза на то, что альтруизм животных – это лишь миф. Конечно, животные могут сотрудничать друг с другом, однако Уильямс отметил, что кооперация обычно происходит между близкими родственниками. Рассмотрим самый простой пример альтруистического поведения. В колонии диких кроликов при появлении хищника обязательно находится несколько особей, которые, прежде чем убежать, барабанят задними лапками по земле. С одной стороны, сигнал оповещает остальных кроликов об опасности, что позволяет им скрыться, с другой стороны, сигнал привлекает внимание хищника к барабанящему кролику, так что шансов сбежать у него становится меньше, а значит, шансов оставить потомство тоже меньше. Однако если у этого кролика-альтруиста есть родственники в колонии, то его гены «не пропадут» и среди потомков его родственников окажутся барабанящие особи, так как вероятность наличия общих генов у родственников довольно высокая. Именно поэтому альтруистическое поведение закрепляется в популяции.

В свое время изучению родственного альтруизма много времени посвятил Гамильтон. В своих работах он рассуждал о вероятности наличия определенного гена у двух близких родственников. Например, он вычислил, что вероятность того, что два сибса несут один и тот же редкий ген (редко встречающийся в генофонде в целом), составляет 50%. Рассуждал он следующим образом: рассмотрим копию некоторого редкого гена А, имеющуюся у одного из сибсов. Скорее всего, он получил ее либо от отца, либо от матери (редко встречающиеся случаи, например, что эта копия имеется у обоих родителей или ген А – это новая мутация, не рассматриваются). Пусть он получил ее от отца. Так как любая соматическая клетка в организме отца содержит лишь одну копию, то значит эту копию будут содержать половина сперматозоидов, и вероятность того, что эту копию получит второй сибс, составляет 50%. Если же первый сибс получил копию гена А от матери, то вероятность того, что эта копия окажется в яйцеклетке, давшей начало второму сибсу, также составляет 50%. Таким образом, половина редких генов, имеющихся у одного сибса, будут и у другого сибса. Для удобства обычно используют коэффициент родства, показывающий вероятность наличия общего гена у двух родственных особей, например, коэффициент родства между двумя сибсами составляет ½, между родителем и ребенком также ½ (доказать это утверждение можно тем же способом, который описан ранее). Ричард Докинз в своей работе «Эгоистичный ген» предлагает довольно простой способ для определения этого коэффициента. Рассмотрим две родственные особи А и В. Для начала находим ближайшего общего предка для этих особей, например, для двоюродных братьев ближайшими общими предками являются бабушка и дедушка. Затем вычисляем генерационное расстояние (число разделяющих поколений) между А и В: считаем сколько поколений разделяет А и общего предка, далее – сколько поколений разделяет общего предка и В, и складываем эти две величины. Т.к. коэффициент родства между родителем и ребенком составляет ½, то полученное нами число нужно умножить на ½. Таким образом, мы рассчитали долю коэффициента родства, обусловленную этим предком. Если у А и В несколько ближайших общих предков, то нам нужно добавить еще эквивалентную величину для каждого предка.

Однако когда особь принимает решение, жертвовать ли собой ради других особей, играет роль не только степень родства с этой особью, но и оценка риска гибели как для себя, так и для других. Например, если риск самому умереть от голода не велик, то поделиться добытой пищей можно и с дальним родственником. При этом спасение жизни пожилого родственника, окажет меньшее влияние на будущий генофонд, чем спасение столь же близкого, но молодого родственника. На основе этого Гамильтоном был предложен закон, который гласит, что «для эволюции альтруистического поведения суммарный риск для альтруиста должен быть меньше, чем суммарный выигрыш для реципиента, умноженный на коэффициент родства».

Не все так просто, как кажется на первый взгляд. Порой невозможно точно определить степень родства. Простой пример: при полигамии отец никогда не может быть уверен на 100% в своем отцовстве в отличие от матери, которая вынашивает детеныша или высиживает отложенное ею яйцо. Именно поэтому отцы обычно не принимают участие в заботе о потомстве (конечно же, это не единственная причина). Или другой пример: родители больше заботятся о своих потомках, нежели сибсы друг о друге, так как сибсы не могут знать точно, являются ли они родными или единоутробными.

Одной из ярких форм альтруизма является эусоциальность. К эусоциальным относятся сообщества, в которых совместно проживают представители нескольких поколений, между членами такого сообщества наблюдается кооперация, кроме того, в сообществе есть индивиды, лишенные возможности размножаться. Перепончатокрылые, термиты и голые землекопы – типичные эусоциальные животные. В их колониях лишь несколько особей размножаются, между остальными распределены роли нянек, добытчиков, охранников и т.д. Но так как в колонии все особи являются родственниками, то гены представителей «обслуживающего персонала» также передаются в следующее поколение. Они приносят в жертву возможность размножаться ради собственных же генов.

Коллективное выращивание потомства часто является результатом суровых экологических условий. Например, в дождевых лесах бассейна Амазонки обитают игрунковые обезьянки мармозетки. Ими любят полакомиться дикие кошки, змеи, хищные птицы, которых в этих лесах огромное количество. Поэтому мармозеткам приходится постоянно быть настороже, менять места ночевок. В группе, состоящей обычно из 15 особей, среди которых все являются друг другу родственниками, потомство оставляет только одна самка, остальные же помогают ей в выращивании потомства. Те особи, которые не пожелали отказаться от размножения и покинули группу, оказались съеденными, поэтому у мармозеток закрепилось совместное выращивание потомства.

В природе встречается и реципрокный альтруизм (неродственный). Он характерен для летучих мышей-вампиров Desmodus rotundus, обитающих в тропической Америке. Живут они большими колониями и питаются кровью коров и лошадей. Если вампиру не удается найти себе пищу две ночи подряд, то он умирает. Но возможен и другой исход событий: вампир может выпросить немного крови у соседа. С одной стороны, донору не выгодно отдавать свою пищу, но с другой стороны, если ему необходимо будет подкрепиться, то он знает, к кому обратиться за помощью. Наблюдения ученых показали, что вампиры способны запоминать тех, кто спасал их от голодной смерти, и чаще помогают именно им.

Таким образом, между особями постоянно ведется борьба за то, чтобы передать свои гены в следующее поколение. Победу в этой борьбе одерживают наиболее приспособленные особи. Ради победы особи могут сотрудничать друг с другом, хотя обычно кооперация происходит между родственниками. Как видите, опровергнуть Вашу теорию никому не удалось, каждый год ученые находят лишь новые подтверждения этой теории. Вы изменили видение людьми эволюции, Вы показали мир таким, каков он есть на самом деле.

С нетерпением буду ждать Вашего ответа.

С уважением, Дубинина Анастасия.