Екатерина Каманова

Мистер Дарвин, прочитав Вашу книгу «Происхождение видов путем естественного отбора», я захотела рассказать Вам, как спустя столько лет в современной науке находятся все интереснейшие факты, которые подтверждают доказательства наличия борьбы за существование в природе. Вы пишите, что на свет появляется больше особей, чем может выжить, и в связи с этим появляется борьба особей друг с другом и с окружающей средой. Именно поэтому в процессе эволюции появлялись все более необычные способы выживания в определенных условиях. Организмы находят все более узкий способ специализации к окружающей среде и другим живым организмам, достигая в этом совершенства. Нас окружает удивительный мир, в котором благодаря вариации биотических и абиотических факторов разнообразие животных, растений и микроорганизмов поражает нас своим изобилием. Каждый живой организм абсолютно целенаправлен, он запрограммирован на выживание. То, каким способом он обеспечит свое выживание и насколько этот способ окажется успешным, определит, выживет данный организм и передаст свои гены следующему поколению или погибнет. Если организм погиб, то его программа по выживанию оказалась провальной и такая особь автоматически лишилась права на жизнь в виде генов своих потомков. Разумеется, животные не анализируют все «за» и «против», принимая то или иное решение, и не совершают умозаключения. Все происходит благодаря запрограммированным врожденным инстинктам. Но те особи, гены которых создали мозг, в котором родилась верная стратегия выживания, тут же повысили свои шансы на оставление потомства, а значит и на продолжения жизни самих генов. В своей всемирно признанной книге «The Theory of Island Biogeography» Роберт МакАртур и Эдвард Уилсон выделили две стратегии выживания: R- и К- стратегии отбора. R- стратегия заключается в производстве как можно большего числа потомков, которые не требуют ухода за собой. К примеру, насекомые откладывают яйца, количество которых исчисляется тысячами и даже миллионами. Представители характеризуются малой продолжительностью жизни, но бурным размножением. В соответствии с этим можно сказать, что популяции с данной стратегией мутирует быстрее (быстрее идет смена поколений), что способствует появлению новых признаков и шанса заселить новые ареалы. Но что делать, когда новые ареалы отвоеваны и вид приобрёл необходимые специализации для данной среды? Тогда вступает в работу K-стратегия, ориентированная на долгую жизнь и низкий скорость размножения в стабильных условиях. Переключение одной стратегии выживания на другую есть один из механизмов эволюции. Оно происходит случайным образом. Выживет тот, кто принял верное решение и придерживается самой рациональной стратегии в данных условиях. Можно привести множество оригинальных примеров приспособлений организмов к окружающей среде, но самые нетривиальные в этом плане паразиты.

Исследование, проведенное командой германских университетов в 2015 г., рассматривает интересную совместную эволюцию паразита и хозяина. В качестве хозяина был выбрана нематодаCaenorhabditis elegans, а паразитом выступала бактерия Bacillus thuringiensis – распространённый инсектицид. В эксперименте нематод и вирулентных бактерий каждые 2-3 дня пересаживали на новую питательную среду. Эксперимент подразумевал два варианта. В эксперименте, когда приспосабливались только нематоды, к каждой новой партии нематод всегда подсаживали исходных бактерий, ни разу не встречавшихся с хозяином. Во втором варианте эксперимента, при односторонней эволюции паразита, нематоды, взятые из начального запаса, заражались каждый раз новыми бактериями, которых сняли с погибших нематод. В двух случаях измеряли приспособленность паразитов и хозяев (оценивалась по числу умерших в течение двух суток нематод).

По результатам исследования заметили, что при коэволюции хозяина и паразита устойчивость нематод фиксировалась выше, чем при односторонней эволюции или в контроле без бактерий. А это значит, что такая своего рода гонка ускоряет эффективность адаптации. Если же говорить о бактериях, то ожидаемо, гонка способствует росту их «силы» против хозяина. Но при односторонней эволюции образуются линии, которые наоборот полностью теряют вирулентность. Вместо этого они меняют свои приоритеты и образуют колонии, отходя от производства токсина. Бактериям при высокой плотности заражения нематод больше не выгоден инфекционный путь. Если число бактерии на одного хозяина было высоким, то далее бактерии развивали в невирулентный штамм. Но при низком числе зараженных бактерии каждый раз увеличивали количество копий гена токсинов, а значит и к его концентрации. Если нематоды не оказывали активного сопротивления, то и паразиты могли позволить себе иметь генетически высоко- и низкоинфицирующие линии.

Подобные гонки между хозяином и паразитом часто приводят к узкой специализации, а значит и к дроблению экологической ниши, что приводит к неимоверному разнообразию и низкой конкуренции. В пример можно привести разнообразие насекомых в лесах Перу. Исследователи собрали с небольшого участка два вида растений семейства тыквенных (мужских и женских). В чашелистиках растений развиваются личинки мух, паразитами которых являются наездники. Муха может заразить не любой полюбившийся цветок. Но на четырех типов цветов развились по несколько видов мух (до 11), что крайне интересно, но еще больше видов наездников паразитирует на этих мухах. При анализе данных обнаружилась крайне высокая степень дробления экологических ниш. 11 из 14 видов мух предпочитают развиваться на 1 из 4 типов растений. Но наездники по сравнению с мухами показали еще более узкую специализацию, выбирая лишь один тип растения и один вид мух (кроме выбора одного наездника). Таким образом, паразитизм является ярким примером вечной борьбы организмов за выживание.

Однако особо острая конкуренция наблюдается у особей одного вида, у которых потребности, а значит и экологические ниши совпадают. Часто внутривидовая конкуренция лимитирует над другими факторами отбора, даже такими важными, как хищники. Например, исследования, проведенные над островными ящерицами рода Anolis. По результату можно судить, что хищники не влияли на отбор самых длинноногих, а значит и самых быстрых ящериц. Поэтому самым главным фактором отбора стала внутривидовая конкуренция, при высокой численности преимущественно выживали самые быстрые и выносливые. Длина конечностей и тела – признаки, которые быстрее всего меняются у ящериц на островах Карибского бассейна. Предполагается, что на материке отбор напротив напрямую зависит от пресса хищников.

Типичный пример конкуренции – турниры самцов за самку. Они встречаются повсеместно на самых разных уровнях жизни. Отпор конкуренту во время полового акта порой может обеспечить передачу генов следующему поколению, а это является первостепенной задачей. Так у жуков-навозников можно различить два типа самцов. Одни из нах сильные, крупные и сражаются за самку лишь друг с другом. А другой тип – мелкие и хилые, хитрость которых позволяет спариваться с самками, пока сильные собратья не заметили конкурентов. Причем исследования показали, что обе стратегии жуков разных типов имеют равные шансы оставить потомство и требуют сопоставимых энергетических затрат, что отражается в одинаковой продолжительности жизни представителей обеих групп. Только в первом случаи энергия уходит на физические затраты в драках, а в другом на большую производительность спермы. Но чем больший эволюционный путь проходит организм, тем большая происходит ритуализация турниров и драк, которые становятся своеобразными сигналами-символами. На примере жука-навозника ясно прослеживается самцовый диморфизм. Конкуренция за территорию является неотъемлемой частью борьбы за существование. Стратегически удобно занять и контролировать лишь определенный территориальный участок. Особь получает все ресурсы с него и не делится с другими. Поведенческие алгоритмы действий на захват, удержание, защиту и решение конфликтов между хозяином и чужаком за территорию заложены генах и тоже часто несут ритуальный характер. Что интересно, у обеих особей включается программа, которая определяет право хозяина на свою территорию, а чужак выполняет роль агрессора. Цель территориального поведения – обеспечить пару достаточным количеством ресурсов. Если самец птицы опоздал к сезону гнездования, то он уже осознает, что не имеет права тревожить пару, которая уже отложила яйца, остается лишь принять позу подчинения при направленной агрессии со стороны хозяина. Но как только птенцы подрастают и приобретают оперения взрослой птицы, родители изгоняют его из гнезда на другую территорию, как взрослого соперника. Данное поведение способствует расселению вида.

Существует много способов повысить свои шансы на выживание, включая определенные врожденные программы, например, способность к обучению, забота о потомстве, программа исследования, активной и пассивной обороны, агрессии, страха и пр. Недостаток этих программ лишь в том, что они требуют высоких затрат энергии и времени. Но тех, кто освоит их, непременно ждут более высокие шансы на победу в жестоком мире. При этом все наши программы находятся под четким контролем генов, и отсутствие или наличие инструкций к выживанию тоже контролируется ими. Гены осуществляют свою работу через мозг и нервную систему. Чтобы закрепился успешный алгоритм действий, направленный на выживание, необходимо, чтобы ген сохранялся в генофонде в большем количестве, чем ген, кодирующий иное поведение. Вы написали, что естественный отбор отбрасывает дурные вариации и оставляет хорошие. И действительно, все эти вариации обеспечивают гены, а значит отбор отбрасывает целые аллели, которые определяют не только наличие неподходящих морфологических или физиологических признаков, но и поведение.

Борьба за существование включает в себя конкуренцию за поиски и получение пищевых ресурсов, избегание хищников или наоборот нападение на жертв, затраты энергии на избегании болезней и несчастных случаев, защиту от беспощадных климатических условий, поиски и завоевание расположения полового партнера и конечно производство на свет потомства. Для успешного осуществления задач организм может выбрать несколько вариантов поведения. Одна из наиболее интересных – это коммуникация одной особи с другой. Под коммуникацией подразумевается любой вид связи: пение птиц, обнюхивание друг друга у собак, танец пчел, мимика у млекопитающих и язык у человека. Именно через такое общение организмы способны влиять друг на друга и обеспечивать продолжение своего рода. Этологи придерживаются мнения, что сигналы возникли в процессе эволюции в интересах, как посылающего, так и воспринимающего организма. Следуя своему естественному желанию выжить, организм выработал формы поведения, которые помогают достигать цели с наименьшими затратами. Каждая особь хочет получить самые лучшие ресурсы с наименьшими затратами, что неизбежно ведет к появлению конфликтов. Но природа и тут все продумала, дав инструменты для их решения.

Я хочу рассказать Вам, уважаемый мистер Дарвин, подробно про витальную программы, заложенную в наш мозг – агрессию. Агрессия – один из действенных и универсальных способов избежать неприятности путем нападения. Надо признать, что он порой опасен для жизни, затратный по энергии и несет большую вероятность травматизма, чем реакции убегания и страха. Но убеганием не всегда возможно решить проблему. И именно в этих случаях реализуются программа агрессии. Она в этом случае схожа с любопытством и исследованием, которые запускает потенциально важные врожденные действия, направленные на выживание. Если животному захотелось есть, то запускается поиск еды при участии программы исследования. Если нужен половой партнёр, то запускаются эти же механизмы. Но если соперники не дают тебе есть или размножаться, то проблему убеганием не решишь, а способы агрессивного поведения уместны. На всех уровнях жизни много таких примеров. Можно проявлять агрессию и драться за еду, территорию, самок.

Все это ярко демонстрирует желание организма выполнить свою главную цель – выжить и оставить потомство, не уступив в этом своим соперникам. У активных хищников агрессия преобладает над пассивными способами сохранить жизнь. Программы агрессивных реакций – враждебные, за них отвечает задний отдел гипоталамуса – область, которая связана и с реакциями страха. Центры страха и агрессии обеспечивают реакцию мозга и всего организма на реально или потенциально вредные стимулы. Самые простые программы (рефлексы одергивания) работают на уровне спинного мозга. Но каждый раз перед особью лежит выбор программы (бежать или нападать), и центры страха и агрессии активно конкурируют. Понять, какие действия будут максимальны уместны для выживания в данную секунду, помогают сигналы, которые получаю организмы при актах коммуникации. У разных животных это проявляется по-разному, но всегда работают такие универсальные способы, как визуальное увеличение или уменьшение размера тела, принятие определенной позы, мимика, извлечение громких звуков. В качестве сигнала могут выделяться феромоны агрессии – запахи, которые издаются перед нападением. Но порой демонстрировать агрессию уже достаточно для достижения успеха.

К примеру, у сверчков перед дракой идет песня. И кто похвастается самой громкой и длинной песней, будет иметь явное преимущество. Важны и эмоции, полученные на фоне стресса: когда удалось повергнуть соперника, появляется азарт и чувство победы, наблюдаемые благодаря выделению адреналина. Агрессия запускается на угрозу для жизни. Но кроме этого, агрессия работает и как внутривидовое взаимодействие, сопровождая зооповеденческие программы. Когда особи конкурируют за еду, территорию, партнеров, определяют иерархию, проявляют родительскую агрессию, во всех этих случаях происходит борьба за существование. Когда проблема не решается, присоединяется агрессия, хотя она не всегда социально одобряема (в случае человеческого общества). Но в дикой природе царит поведение, обеспечивающее лучшей жизнью свои гены. Особи, принадлежащие к одному и тому же виду, соперничают особенно ожесточенно друг с другом из-за сходства экологических ниш. Часть популяции составляют потенциальные брачные партнеры или особи, которых можно эгоистично использовать в своих целях.

Сейчас мы уже знаем, что выживают наиболее приспособленные особи, чья генетическая программа наиболее успешно реализуется. Но почему же тогда выживает только что появившийся на свет детеныш льва, ящерицы или человека? Маленький организм еще не имеет навыков, не может обеспечить себя всем необходимым для жизни и с большой вероятностью погибнет, если ему не поможет родительская забота. Борьба и выживание являются средствами достижения главной цели каждого организма – размножения. Отбор будет играть на руку только тем, кто успешно размножается. Дарвин, Вы высказываете мысль о том, что, если павлин или фазан смогли стать настолько сексуально успешными среди самок, то они передадут своему потомству данные признаки, пусть даже и ценой собственной жизни. Самка тут выступает в роли селекционера, но правильнее сказать, что она развивается вместе с самцом. Но не менее важно обеспечить выживание уже результату своей программы размножения – потомству. Материнская агрессия – одна из основных программ, которая обеспечивает продолжение рода. Ее главная цель – забота и защита потомства. Чем выше уровень пролактина, окситоцина, чем сильнее самка ориентирована на своего ребенка, тем мощнее будет реакция защиты. Для запуска программы незнакомому объекту достаточно лишь появиться рядом с ребенком. Для подтверждения важности правильной реализации материнских инстинктов был проведен опыт. Для индюшки самый главный признак для опознания своего детеныша – это писк цыпленка. При появлении первого выводка индюшка инстинктивно воспринимает только это звук, а все остальные действия воспринимает враждебно, чтобы защитить свое потомство. Если взять глухую самку, то при появлении потомства она убивает своих цыплят, так как не может их идентифицировать. Если наоборот взять в первом выводке хорька, который является естественным врагом для данных птиц, и посредством динамика, издавать писк, свойственный цыплятам индюшки, то хищник воспринимается как детеныш. Эксперимент подтверждает, что существует один единственный стимул, который выключает материнскую агрессию, а без него выживание потомства невозможно. В 2013 году была опубликована интересная статья в Journal of neuroscience. В ней описывается факт, что у самца мышей снижается агрессивность после сожительства с беременной самкой в течение двух недель. У мышей о детенышах заботиться только мать, а самец врождённо реагирует агрессивно. Но впоследствии самцы показывают поведение, схожее с материнским.

Импринтинг и обучение – также важные факторы, которые контролируют агрессивность. Например, если на лосинной ферме доярка вовремя натерлась плацентой, то лосиха воспринимает ее как детеныша и дает себя доить. В этом плане наши домашние животные – исключение, селекция со стороны человека идет в сторону уменьшения агрессивности. Все перечисленные врожденные программы нацелены на выживание и обеспечения жизни своим генам.

Мистер Дарвин, Вы были бесконечно правы, описывая в своей книге сложные отношения всех животных и растений между собой в борьбе за существование. И каждый из них вынужден в любой промежуток времени, в любых абиотических условиях, в каждом поколении бороться за жизнь!