Фёдор Сипин

Альтернативная история. Неожиданная встреча.

Действующие лица:

Чарлз, великий ученый из прошлого, по ошибке оказавшийся в нашем времени.

Тимофеев, молодой учёный.

Михаил Павлович, профессор.

Действие первое.

Картина первая.

На сцене комната Тимофеева. Полнейший беспорядок. За ширмой стоит хитроумный прибор, над ним работает молодой учёный Тимофеев. Лампочки прибора мигают разными цветами. Тимофеев выглядит уставшим, взволнованным, слегка неряшливым.

Внезапно все лампы одновременно вспыхивают, раздаётся взрыв, всё в дыму. Придя в себя, Тимофеев видит Чарлза. Учёный немного озадачен, ведь что-то пошло не так, очевидно произошла ошибка. Однако это волновало его в последнюю очередь, ведь перед ним – великий человек, споры о трудах которого не прекращаются по сей день. Пробеседовав остаток дня (со сцены разговор едва слышен, доносятся слова «эволюция», «естественный отбор», «борьба за существование», «современные методы и накопленные знания»). Имитация смены времени суток. Утро.

Картина вторая.

Приодетый Чарлз, выглядит воодушевлённо и свежо. Тимофеев, уставший, но крайне вдохновлённый.

Чарлз. Спасибо Вам, юноша! Мне безмерно приятно увидеть плоды моих трудов воочию и, пусть по ошибке, но увидеть будущее. Тем более, что путешествие во времени не только перенесло меня сюда, но и омолодило на три десятка. Надеюсь, задержаться хотя бы года на 2, чтобы познать хоть малую толику знаний этого поколения!

Тимофеев. Мне было приятно потратить время на разговор с Вами, Чарлз. Я поддерживаю Ваше желание поучиться пару лет в университете, я отведу Вас туда. Уверен, мой бывший преподаватель Михаил Павлович сможет как-то повлиять на преподавательский состав кафедры и принять Вас в ряды студентов на некоторое время.

Чарлз. Отлично! Однако я бы предпочёл оставаться инкогнито во избежание... неприятных ситуаций.

Действие второе.

Картина первая.

Обычная университетская обстановка. Небольшой кабинет, обставленный биологическими экспонатами. На стенах плакаты с филогенетическими древами, коллекции диковинных насекомых.

Михаил Павлович. Ну что ж, Чарлз. Я выслушал моего ученика. Надо сказать, мы никогда не принимаем студентов в обход деканата и ректора, однако я склонен доверять Тимофееву, он был одним из лучших студентов. Я готов заниматься с Вами, однако мне бы хотелось оценить Ваш уровень. Проведу для Вас личный экзамен. По эволюции. Ведь понятия об этой науке в целом очень хорошо отражают целостное понимание биологии.

Чарлз. Я готов, профессор.

Чарлз тянет билет. Перед ним следующий текст:

Билет №3

Борьба за существование как один из факторов эволюции.

Отношения между видами и абиотическими факторами. Взаимное приспособление видов. Коэволюция.

Задача на сообразительность.

Михаил Павлович. У Вас есть час на размышления, задачу я Вам предложу позже.

Чарлз. Нет, я думаю, что с легкостью дам ответы на эти вопросы.

В изучении эволюции один из центральных вопросов звучит так: «Как появляются новые виды?» Как возникает группа организмов, накопивших достаточно отличий от ближайшей родственной группы, чтобы являться новым видом? Естественно, выживает тот организм, который преуспел в борьбе за своё существование лучше, чем его соседи. С течением времени накапливаются изменения, пусть и, казалось бы, незначительные, которые облегчают ему существование по сравнению с другими. Конечно же, такая особь выживает и передаёт по наследству данные приобретения. Потомки будут иметь больше шансов выжить среди большого числа рождающихся особей. Это явление называется естественным отбором. Например, омела зависит от яблони, произрастая на ней, но борется не с яблоней, а с соседней омелой, борясь за свет, скажем. Бороться также приходится и за область существования, ведь есть и другие плодоносящие растения. Есть также примеры конкуренции между разными видами, если они, например, питаются одинаковой пищей, занимая одну позицию в природной экономии. Всё это называется борьбой за существование, из которого вытекает прогрессия размножения и… (профессор перебивает.)

Михаил Павлович. Стоп, об этом поговорим позже. Вижу, Чарлз, уместно уже сейчас начинать Ваше обучение, попутно исправляя Ваши утверждения. Во-первых, пусть это и не так значимо, но введём адекватную терминологию. Вы говорили о взаимоотношениях разных организмов. Каждая особь из взаимодействующей пары может иметь выгоду (+), негатив (-), ничего не иметь (0). Если обе особи имеют выгоду, при этом жизненно необходимую, то речь идет о мутуализме. Вы кстати, не упомянули об этом, но два вида могут жить совместно, помогая друг другу выживать. А порой симбиоз может стать таким тесным, что первоначальные сожители могут стать почти единым целым. Например, есть бактерии из рода Вольбахия. Первоначально, видимо, они были паразитами. Они достаточно широко распространились на разных видах насекомых, и теперь живут с ними настолько плотно, что порой даже определяют пол особи-хозяина или даже ведут к истреблению мужской половины популяции. Бывает факультативное обоюдоположительное сожительство – протокооперация. В таком случае два вида тоже помогают друг другу бороться за свою жизнь, однако это не смертельно важно. Бывает, когда одна особь получает какие-то преимущества за счёт другой, а вторая абсолютно нейтральна к этому. Данный случай именуется комменсализмом, который чрезвычайно часто встречается в природе в самых разных проявлениях. В частности речь может пойти о падальщиках, которые могут доедать остатки мертвого животного, которые не доел некий хищник. Если же одна из особей имеет преимущества за счёт кого-то (+-), то говорят о хищничестве (Вы о нём упоминали) или о паразитизме. Если одна особь вредит другой односторонним образом (0-), то это аменсализм. Так высокие деревья загораживают свет травам. И, наконец, о чём вы так усердно твердите, отношения --, конкуренция. Здесь никаких нареканий нет, Вы абсолютно правы – живое постоянно борется друг с другом за жизнь, передавая выгодные признаки своим детям. Однако хочется сделать упор на то, что выживает тот организм, который пусть и немного, но приспособился лучше здесь и сейчас. В данное время, в данных условиях, без задатка на будущее. Скорее всего, Вы имели это в виду, но, на мой взгляд, недостаточно сильно сделали ударение.

Хотелось бы обострить внимание на том, что организмы конкурируют не только в данном контексте. Конкуренция имеет место быть и на клеточном уровне. Элементарно, яйцеклетку оплодотворит самый подвижный, самый активный сперматозоид. Внутри клетки есть хромосомы, которые содержат информацию о данной клетке и организме в целом. Даже они могут конкурировать друг с другом! Ооцит на определённом этапе останавливает своё деление в ожидании овуляции порой на многие десятки лет. Но, оказывается, некоторые аллели могут иметь преимущество на другими, оказываясь в яйцеклетке, а не в полярном тельце. Совсем экстравагантный случай – клетка может умереть апоптозом (запрограммированным режимом самоуничтожения) во имя жизни другой клетки! То есть не всегда живая сущность существует по эгоистичным принципам, стараясь выжить. Бывает, что существо умирает во имя другого или целой популяции, если это необходимо. Такое бывает и в животном макромире, так называемый альтруизм. Описаны случаи, когда только что родившая самка принимает к себе детёнышей, лишившихся родителей. Бывает, что самка одного вида даже воспитывает малыша другого вида. В конце концов альтруизм обретает осознанный вид в человеческом обществе.

И ещё одно маленькое замечание. Вы ходите вокруг одного понятия, но не употребляете его. Вы называете это явление экономией в природе, но ведь принят термин «экологическая ниша», характеризующий место данного вида в экосистеме. Как правило, конкурируют наиболее резко виды, занимающие сходные ниши.

Чарлз. Спасибо за замечания, профессор. В продолжение разговора о борьбе нельзя не говорить о размножении организма. Так как, очевидно, борьба существует, то естественным следствием было бы предположение о том, что каждый организм стремится оставить как можно больше потомков. Если представить ситуацию, где родоначальная популяция (или даже пара особей) находится в идеальных условиях в полном достатке и в отсутствие конкуренции, то простым подсчётом окажется, что численность потомства будет гигантской, на которую в реальных условиях не хватило бы любой экологической ёмкости. То есть популяция нарастала бы в геометрической прогрессии, при чём теоретически неважен ни срок полового созревания, ни срок беременности. И тому есть масса примеров, как реальных, так и опытных. Например, сильный скачок численности северных оленей на острове возле Аляски, после завоза туда всего 25 особей (правда закончилось всё крахом популяции, но об этом позднее). Очевидно, на каком-то этапе жизни есть какой-то отсев части организмов: часть детёнышей похищают хищники, часть погибает от болезней или паразитов и т.п. Значит, каждая особь должна стараться оставить как можно больше потомства и стараться уберечь его от погибели.

Теперь подробнее о факторах, препятствующих массовому расплоду. Конечно, размножение вида лимитирует количество пищи в данных условиях. Однако в наиболее частых случаях, численность популяции зависит всё-таки от того, служит ли данный вид добычей для другого. Наблюдается некоторая пульсация популяций – с возрастанием численности хищника падает численность его жертв, затем естественно вымирают хищники, на основании чего жертвы вновь активнее набирают число. Бывают ситуации, когда виду ничего не мешает активно размножаться. Такие примеры обычно связаны с ввезёнными видами: вышеупомянутый северный олень или колорадский жук в Европе. При том чрезмерное нарастание численности приводит к истощению ёмкости среды и популяция терпит крах. Или бурно развиваются эпидемии или широко распространяются паразиты.

Климат также оказывает решающую роль в регулировании числа особей, главным образом влияя на сокращение пищи.

Достаточно сложно говорить о подобных вещах, потому что, как Вы, профессор, уже подметили, отношения между всем живым очень сложно. Даже, казалось бы, не сильно заметные изменения в среде порой приводят к неожиданным результатам.

Взаимовыгодные отношения приводят к взаимной эволюции двух видов – коэволюции. Яркий пример – красный клевер способен опылятся только шмелём. И здесь можно проиллюстрировать красивый пример сложных отношений в природе. Истребление хищников приведёт к нарастанию численности грызунов. Грызуны активно разоряют шмелиные гнёзда, шмелей станет меньше. Клевер станет некому опылять и его распространение сильно сократится.

Михаил Павлович. Так… Давайте мы с Вами продолжим разговор про возрастание численности особей. Кажется, Ваши знания об этом несколько… устарели что ли. Р. МакАртур и Э. Уилсон почти 50 лет назад предложили две основные стратегии размножения организмов. Эти стратегии были названы r- и К-стратегии. Обе они связаны математическим выражением dN/dT=rN(1-N/K). Это выражение называет уравнением популяционной динамики Ферхюльста. Здесь N – численность популяции, dN/dT – скорость роста в данное время, r – коэффициент размножения (отражает предельную скорость роста), K – предельная численность популяции, при которой её равновесие ещё возможно. Две предлагаемые стратегии буквально зеркальны друг другу. Виды, придерживающиеся r-стратегии (оппортунистические) стремятся оставить как можно больше потомства, при этом родители, образно говоря, вкладывают в потомство мало сил, забота о нём проявляется редко. Этот способ уместен для очень непостоянного климата, для тяжёлых условий среды. Естественно, если бы все особи выживали, то популяция была бы неуравновешенной с другой биотой. Значительная часть потомства погибает – часть от жестоких условий, часть поедается хищниками и так далее. Конечно, популяции таких особей очень непостоянны и склонны к сильным флуктуациям, однако это обеспечивает широкие возможности к колонизации новых пространств и просто жизни меняющихся условиях среды. Ведь хоть 1% (иногда в лучшем случае) потомства переживёт ювенильный период и оставит потомство. Таким образом, на таких особей сильно давит отбор, они прилагают максимум усилий в борьбе за выживание. Выжившие передадут свои гены дальнейшим особям. К-стратеги (равновесные) наоборот производят мало потомства, но вкладывают в него значительные силы, такие виды находятся в равновесии с возможностями среды. В этом случае виды обитают скорее в устойчивом, редко меняющемся климате, им не нужно быть такими лабильными, как r-стратеги. Наблюдается забота о потомстве, большая часть детёнышей выживает и становится половозрелым. Обычно, эти виды достаточно долго живут. Однако у этой стратегии тоже есть минусы – они не так эффективны в экспансии новых местообитаний и между особями имеет место быть значительная конкуренция. Несмотря на некоторую критику этой теории, на данный момент она доминирует.

Интересно добавить, что есть и другой подход к данному вопросу. Существует так называемая система Раменского-Грайма (правда её применяют в основном к растениями). Она двумерна и учитывает обеспеченность ресурсами и возможные нарушения. По такой классификации виды делят на виолентов, способных быстро захватывать территорию, максимально полно расходовать ресурсы, сильных в конкуренции с другими видами; патиентов, обладающих значительной выносливостью, переносящих тяжёлые условия наиболее эффективно и эксплерентов, не обладающих ни выносливостью, ни конкурентоспособностью, однако способных к усиленной экспансии, заселением пространств между другими особями и быстрому смыканию такого разорванного ареала. Система предполгает также существование переходных форм в соответствующих биогеоценозах. Несмотря на изначальное ботаническое прикладное значение этой системы, сейчас её используют микробиологи и даже зоологи.

Говоря о препятствиях в безграничном размножении Вы в первую очередь упомянули, что средняя численность популяции зависит от того, что представители вида могут служить добычей другого вида. Естественно, каждой конкретной жертве было бы неприятно сыграть свою роль, поэтому и существует борьба. Особи стремятся убежать от хищника или избежать своей смерти каким-то иным путём. Но охотник стремится пообедать и не отстаёт от хитрости своей добычи. Он усиливает свои навыки в беге, например. Во избежание недопонимая заметим, что в науке доминирует идея Чарлза Дарвина в отношении развития вида. В данном случае, «тренировка бега» подразумевает не столь онтогенетические изменения, сколько скачкообразные. Допустим, мутировал некий ген и подушечка лапы гепарда стала лучше амортизировать его прыжки. Пусть данное приобретение и не столь заметно, но скорее всего оно закрепится и передастся потомкам. Но добыча гепарда тоже эволюционирует. И здесь первое, что приходит на ум – словосочетание «гонка вооружений». Вспоминается произведение Л. Кэролла «Алиса в зазеркалье». Там Алиса столкнулась с Красной Королевой, которая сказала девочке, что в её мире необходимо бежать со всех ног, чтобы оставаться на месте. Именно в этом весь парадокс данного процесса. Оба вида – и хищник, и жертва – стремятся стать лучше, чтобы удовлетворить свои потребности и выжить. Но развиваясь в одинаковом направлении – накапливая арсенал однотипных приспособлений – никто из них не достигнет своей цели! Для успеха необходима смена плана развития, получения навыков в совершенно другой плоскости, вид идёт на некоторые ухищрения. Например, зачем бежать, лишаясь сил, от неимоверно быстрого гепарда? Можно научиться копать норы и прятаться в них, можно стать незаметным, приобретя камуфляж, можно держаться стаей, усложняя поимку одной особи, на худой конец – запрыгнуть на дерево.

Но всё-таки, как Вы верно подметили, в некоторых ситуациях лимитирующих факторов развития популяции оказывается недостаточно, и она начинает разрастаться. Вспомним тот же самый Ваш примеров с ввозом небольшой группы северных оленей на остров. Да, популяция всего за пару десятков лет выросла в 80 раз. А ещё через 10 лет ввиду истощения кормовой базы численность оленей упала ниже исходного уровня. Когда происходят подобные вещи ввиду недостатка пищи, массовой эпидемии, резкого ухудшения климата, падения метеорита численность видов резко падает. Говорят о том, что наблюдается эффект бутылочного горлышка. В этот тяжёлый период происходит много важных событий. Во-первых, резко сокращается генетическое разнообразие. Во-вторых, уменьшение численности популяций увеличивает значимость явления дрейфа генов – ненаправленного изменения частот аллелей. Так же малая численность приводит к усилению инбридинга, что приводит к накоплению гомозиготности, которую эффективно может поддержать дрейф. Такое состояние может оказаться сильно приспособительным и привести к новому росту популяции с несколько обновлённым генофондом. Помимо этого, эффект бутылочного горлышка с последующими близкородственными скрещиваниями выщепляет рецессивные летали, таким образом очищая популяцию от «плохих» аллелей. Таким образом, резкое вымирание (до определённой стадии) – это не так уж и плохо, это в конце концов приводит к эволюции вида. Некоторые популяции даже регулярно проходят через бутылочное горлышко – много примеров среди насекомых, резко сокращающих численность зимой и стремительно плодящихся летом.

До сих пор мы почти ничего не говорили о внутривидовой конкуренции. Поведайте мне вашу позицию.

Чарлз. Очевидно, что представители видов из одного или близких родов (а тем более одного вида) имеют очень похожие приобретения, занимают, как Вы подметили сходные экологические ниши, и потому наиболее остро конкурируют между собой. Часто оказывается, что один близкий вид вытесняет другой. Например, здесь, в России таракан-прусак повсюду вытесняет чёрного таракана – более крупного сородича. Поэтому должны накапливаться некоторые отличия, которые поставят вид в более выгодные положения, может быть даже сформируется новый род. Например одуванчик приобрел летучки, способные уносить семена далеко от родительского растения; иное растение того же семейства выбирает другой способ – развитие прицепок для переноса семян животными. Продолжая рассматривать различия в строении семян, можно заметить такие разные типы их строений: семена гороха и боба способны прорастать еще до контакта с землёй в борьбе с другой растительностью, а вот одуванчик не стремится накопить побольше питательных веществ для будущего проростка, едва ли он распространяется менее эффективно. Подводя итог, ещё раз подмечаю, что борьба внутри одного вида стоит более остро, и что в целом тут работают те же механизмы – накопление изменений и выбор другой стратегии в конкуренции и заселении новых мест обитания.

Михаил Павлович. Что ж, нельзя не согласиться с Вашими утвержденями, Чарлз. Однако хотелось бы несколько дополнить Ваши слова.

Вы упоминали одуванчик и его летучки. Вообще, семейство Сложноцветных (или Астровых) очень интересное в этом плане. Отличия между близкими видами может быть незаметным, но важным в жизни отдельной особи. Например, попадаются случаи, когда в корзинке цветков разные цветки выполняют разную функцию, как у подсолнечника. Но не у всех представителей рода этот набор одинаковый. В роде мелколепестников есть два вида, отличающихся помимо прочего набором цветков в соцветии. У одного из них в центре корзинки есть окрашенные цветки, у другого все центральные цветки бесцветные. Такое, казалось бы, незаметное отличие, видимо, хоть в какой-то мере влияет на приспособленность другого вида – более яркий центр корзинки способен привлечь больше опылителей.

Как уже было прослежено, внутривидовая и межвидовая конкуренция могут протекать остро и многие виды выбирают путь активного производства потомства, нацеленное на то, что хоть часть выживет. Многие виды растений (особенно произрастающие в плохих условиях) «выбрали» путь самоопыления. Это облегчает и в какой-то мере ускоряет образование семян и облегчает восстановление после ущерба (вспоминая преимущества инбридинга). То есть, самоопыление может давать преимущества в конкуренции. Несмотря на это, многие виды отказались от этого, в какой-то степени обострив себе ситуацию как во внутривидовой (или внутриродовой) так и в межвидовой (родовой) конкуренции. Они приобрели гены самонесовместимости, исключая самоопыление; стали двудомными; время созревание тычинок и пестиков может быть разным. Всё это приводит к проблеме перекрестного опыления, когда нужны посредники и большие затраты на производство семян. Однако и это оказалось выгодным и закрепилось в эволюции.

Среди насекомых наблюдается интересный способ ослабления внутривидовой борьбы. Виды с неполным или полным превращением имеют стадию личинки. Как правило, эта стадия занимает совершенно иную экологическую нишу, нежели имаго. Например, личинка стрекозы – водный хищник. Живёт в водоёмах (обычно стоячих) и охотится на мелких насекомых и их личинок, может нападать на мальков рыб. Имаго стрекозы тоже хищник, но проводит большую часть времени в воздухе, охотясь на мошек и других мелких летающих насекомых. Интересно то, что в стремлении оставить как можно больше потомства в борьбе за жизнь популяции (не только среди насекомых, но и червей, земноводных) некоторые виды пришли к неотении – способности к размножению на личиночной стадии. Это обострит конкуренцию между личинками, но в целом улучшит положение популяции. Так, например, способны поступать аксолотли.

Ну что ж, Чарлз. Ваш ответ по теории, видимо окончен. Хотелось бы, наконец, предложить Вам задачу. Опять-таки на тему размножения. В начале XIX века в Южную Америку и Тасманию были ввезены небольшие популяции овец. Нарисуйте мне кривую, отражающую изменение численности овец в течении времени, если в Тасмании условия жизни несколько хуже.

Чарлз. (чертит график, показывает профессору следующее.)

Михаил Павлович. В целом, всё верно, Вы отлично понимаете процесс, даже удивляет осведомлённость в точных цифрах. Кривые роста численности можно рассматривать в двух вариантах – J-кривая, отражающаяя скорее абстрактную популяцию с неограниченным возможностями и S-кривая, демонстрирующая реальную обстановку с учётом плотности, ёмкости среды и пр., то есть в случае не такого крутого роста и установления плато численности.

Ну что ж Чарлз, я жду Вас завтра к 9 часам, мы поговорим о дальнейших действиях.

Чарлз. (встаёт.) Хорошо! Тогда до свидания, Михаил Павлович.

(в этот момент из кармана Чарлза выпадает паспорт. Профессор мельком видит следующий текст на упавшем на пол раскрывшемся паспорте):

Charles Robert Darwin

date of birth – 12.02.1809

place of birth – Shrewsbury; Shropshire

Картина вторая.

Немая сцена.

Чарлз смутившись, быстро поднимает паспорт и потупливает взгляд. Профессор, вспоминая старые снимки, подмечает схожесть. В полнейшем недоумении он смотрит в глаза Чарлзу. Пошатнувшись, садится на стул. Неловкое молчание. Чарлз решает прервать молчание, прощается и быстро удаляется. Профессор по-прежнему сидит на стуле с ошарашенным взглядом.