Эволюция: Триумф идеи

Для насекомых эти новые растения подобны новому неизведанному континенту, который внезапно поднялся из глубин океана и ждет своих исследователей. Но чтобы добраться до него, им придется «придумать» способ обойти новую систему защиты растений и обзавестись соответствующими механизмами. Семейство насекомых, которому это удастся, сможет спокойно колонизировать новые территории; в отсутствии конкуренции со стороны других насекомых они будут процветать, размножаться и дробиться на виды. Вполне возможно, что именно такая коэволюция — новое средство защиты, нападение, снова защита… — объясняет разные уровни разнообразия среди растений и среди насекомых.

Гипотеза Эрлиха и Рейвена казалась заманчивой, но практически непроверяемой. Ученые никак не могли смоделировать эволюционные процессы последних 300 млн лет, чтобы посмотреть, как разыгрывалась во времени коэволюция растений и их вредителей-насекомых. Но в начале 1990-х гг. гарвардский энтомолог Брайан Фаррелл придумал, как для проверки гипотезы использовать существующее разнообразие растений и насекомых. Появился шанс посмотреть, насколько правы Эрлих и Рейвен.

В первом эксперименте Фаррелл решил проверить, действительно ли появление новой системы защиты способствует бурному разнообразию среди растений. В качестве объекта исследований он выбрал эволюцию канальцев с млечным соком, цель которых — утопить кормящееся насекомое. Фаррелл обнаружил, что такая система защиты появилась независимо у 16 семейств растений. Он подсчитал число видов, которым дали рост эти семейства, и сравнил его с числом близкородственных видов, но лишенных канальцев с соком. В 13 случаях из 16 группы с канальцами оказались гораздо более разнообразными, чем родственные им группы без канальцев. К примеру, гингко и хвойные деревья происходят от не слишком далекого общего предка, но семейство гингко, лишенное каналов, состоит из одного-единственного вида. Хвойные же, получив канальцы со смолой, активно развивались и породили 559 видов, от сосны до тиса. Маргаритки и одуванчики принадлежат к весьма разнообразной группе млечных растений, известных как Asterales; в рядах этой группы насчитывается 22 000 видов. У их ближайших бесканальцевых родичей Calyceraceae (калицеровых) — всего 60. Развив у себя оборонительные канальцы, эти растения вполне оправдали предсказание Эрлиха и Рейвена: надежно защитившись от врагов, они обрели свободу развития и добились гораздо большего разнообразия, чем их незащищенные собратья.

Затем Фаррелл перешел ко второй части гипотезы Эрлиха и Рейвена: насекомые, сумевшие колонизировать новую защищенную линию растений, в свою очередь испытывают всплеск разнообразия. Он выбрал для изучения чрезвычайно разнообразную группу насекомых: жуков. Биолог Дж. Холдейн любил говорить, что если из биологии и можно узнать что-то о природе Создателя, так это то, что Он «необычайно любил жуков». Если насекомые — самая разнообразная группа животных, то жуки, которых известно 330 000 видов, — безусловно, самая разнообразная группа насекомых. Фаррелл решил выяснить, как им удалось достичь такого разнообразия.

Прежде всего он составил для жуков эволюционное древо. Выяснилось, что сначала жуки не питались растениями. Вообще, самые примитивные жуки питались грибами и мелкими насекомыми. И сегодня некоторые виды жуков, к примеру, долгоносики, продолжают вести примитивный образ жизни. Но 230 млн лет назад новая ветвь жуков переключилась на питание растениями. Большинства самых обычных растений, к которым мы привыкли, тогда еще не было. К примеру, не было цветковых растений. Ранние растительноядные жуки специализировались на существовавших тогда голосеменных растениях (в эту группу входят хвойные, гингко и саговые пальмы). Питаясь голосеменными, новые группы жуков развились в гораздо большее число видов, чем их родичи, которые питались грибами и насекомыми.

Около 120 млн лет назад начали появляться покрытосеменные, они же цветковые, растения, оказавшиеся значительно более приспособленными и разнообразным, чем голосеменные. По мере того как они развивались, пять разных семейств жуков сумели перебраться с голосеменных на цветковые растения, Фаррелл обнаружил, что во всех пяти случаях те жуки, которым это удалось, достигли большего разнообразия, чем те их родичи, что остались на голосеменных. В некоторых случаях разнообразие новых групп жуков умножилось более чем в тысячу раз. Как и предсказывали Эрлих и Рейвен, новые жуки опробовали множество новых способов питания и жизни на новых растениях. Жуки, живущие на голосеменных растениях, специализируются на сосновых шишках или подобных семясодержащих структурах. Жуки, которым удалось перебраться на цветковые растения, начали пробовать разные сорта пищи — кору, листья, корни.