Итоги 2013: живые и эволюционирующие

Итоги 2013: живые и эволюционирующие

Из всех биологических наук сильней всего нас удивляют зоология с ботаникой. Действительно, одно дело — стволовые клетки и какие-нибудь рибосомы, относительно которых посторонний человек может предполагать всё что угодно, и совсем другое — звери, птицы, рыбы, и проч., о которых «мы всё знаем», но чьё нестандартное поведение так легко приводит нас в замешательство.

Вот и в этом году исследователи нашли в животном и растительном мире много диковин, заставляющих лишний раз поразиться изобретательности природы (как бы банально это ни звучало). И тут даже сложно выбрать, что оказалось самым-самым. Кому отдать первое место: зубчатой ли передаче в ногах у прыгающих личинок свинушек, благодаря которой достигается синхронизация работы ног у этих насекомых? Или способности стрижей проводить полгода в воздухе, ни разу при этом не приземляясь? А может, самым-самым следует признать открытие удивительной антибактериальной защиты у цикад? Иммунитет тут вовсе ни при чём: эти насекомые, как оказалось, в буквальном смысле рвут бактерии крыльями.

Ах да, не забыть бы ещё о том, что медузы плавают лучше рыб, а оплодотворение у растений оказалось сродни эякуляции у животных. Наконец, как можно пройти мимо галопирующих южноафриканских наездников, сменного пениса у голожаберных моллюсков и вечной эрекции у аллигаторов? Да никак нельзя.

Болтливые растения и рыбы-политики

Две последние новости носят несколько фривольный характер и заставляют вспомнить ещё одну — об эрекции языка у летучих мышей. Впрочем, эрегированный язык рукокрылым нужен не для амурных дел, а для еды: с его помощью «нектароядным» летучим мышам удаётся захватить больше нектара из цветка. Летучие мыши вообще были в этом году постоянными героями новостей: их знаменитая ультразвуковая сигнальная система настолько сложно устроена, что до сих пор удивляет зоологов. И, кстати, не стоит думать, что летучие мыши используют свой голос только для охоты, они ещё и друг с другом общаются. Причём своих близких друзей летучие мыши могут узнавать даже по голосу, а самки оценивают самцов по их способности микшировать песни. Иногда, впрочем, летучие мыши плохо слышат друг друга, и тогда они используют в качестве слуховых трубок свёрнутые листья деревьев.

Заговорив об общении летучих мышей, мы невзначай затронули тему, которую смело можно назвать одной из главных в современной зоологии, да и вообще в биологии. Речь идёт о коммуникативных сигналах животных и растений, что, в свою очередь, есть часть гораздо более обширной области, посвящённой социальным механизмам в животном и растительном мире. И тут, конечно, никуда не деться от муравьёв и пчёл — едва ли не самых знаменитых социальных животных. Про выдающуюся социальную организацию муравьёв известно давно, и с годами она обрастает новыми подробностями, порой довольно зловещими: например, исследователи из Рокфеллеровского университета (США) выяснили, что муравьи просто уничтожают тех своих товарищей, которые выбились из общего для всей колонии жизненного ритма. Стало также известно, что муравьи, подобно пчёлам, в течение жизни несколько раз меняют профессии. Но самое, пожалуй, удивительное открытие в мирмекологии касается межвидового союза муравьёв-листорезов с некоторыми ядовитыми муравьями, которые живут за счёт листорезов на правах армии наёмников, защищающей хозяев во время вторжения.

Однако по хитроумности внутри- и межвидовой политики в этом году муравьёв обгоняют, как ни удивительно, рыбы и растения. Про рыб стало известно, что они могут жестами приглашать к охоте других хищников (например, осьминогов) — чего от них никто не ожидал, рыбы ведь не считаются за особых умников, которые могут координировать свои действия с другими видами. Кроме того, некоторые стайные виды рыб при угрозе нападения поступают довольно хитро и безжалостно, выталкивая из группы одного из своих товарищей, чтобы он отвлёк хищника на себя. С другой стороны, африканские цихлиды в тяжёлые времена, наоборот, принимают в свои семьи чужаков-мигрантов, рассчитывая, что те помогут им в случае чего защитить потомство от угрозы.

Насчёт растений в этом году появилась более чем странная статья, в которой им приписывалась способность... подслушивать соседей. То есть не «подслушивать» химические сигналы, а подслушивать в прямом смысле слова — ловить какие-то механические звуковые колебания. Исследование, безусловно, парадоксальное, но кто его знает? «Полна, полна чудес могучая природа», как поётся в одной опере.

И стоит, конечно, упомянуть другую работу, в которой исследователи из Ньюкаслского университета (Великобритания) показали, что некоторые растения помогают насекомым-опылителям запомнить к ним дорогу: кофейные или цитрусовые деревья производят нектар с кофеином, который и укрепляет долговременную память пчёл.

Умники — пернатые и прочие

Не стоит забывать, что все вышеперечисленные факты, сколь бы удивительны они ни были, не существуют сами по себе. Звери и птицы, рыбы и насекомые вступают в контакты друг с другом вовсе не из-за голой любви к политике. Для начала подобные случаи могут свидетельствовать о каком-то уровне когнитивного развития. С другой стороны, социальные контакты, обмен сигналами и прочее есть часть общей экологической характеристики вида, в которой огромное место занимает брачное поведение, способы охоты и вообще добывания пищи, способы защиты от неприятностей и разнообразных угроз.

То есть тут мы выходим, во-первых, на исследования, связанные с поведением, памятью и прочими зоопсихологическими вещами, а во-вторых — на работы самого общего экологического характера (ещё раз подчеркнём, что под экологией мы понимаем тут не столько загрязнение среды и глобальное потепление, сколько взаимоотношения индивидуумов и видов друг с другом и с неживой средой).

Что до зоопсихологии, то здесь, конечно, надо бы вспомнить высших обезьян, попугаев и ворон, но — сколько можно? Да и остались ли сомневающиеся в уникальных способностях этих умников? И стоит ли ещё раз говорить, как страшно мы недооценивали когнитивные способности животных, и не только обезьян с дельфинами и попугаями, но и многих других? Исследования тут идут своим чередом, в качестве примера можно упомянуть о результатах зоологов из Венского университета (Австрия), обнаруживших у какаду Гоффина конструкторские умения и деловую хватку, да ещё о способности дельфинов помнить друг друга по именам.

Обратимся же к другим животным, которые смогли удивить нас ничуть не меньше упомянутых интеллектуалов. Специалисты из Орхусского университета (Дания), например, нашли у социальных пауков зачатки личности, а учёные из Кентуккийского университета (США) обнаружили иррациональное поведение у голубей, которые демонстрируют те же заблуждения, что и мы с вами. И те же голуби дали понять, что социальные роли у птиц на земле могут не совпадать с социальными ролями в воздухе, то есть воздушного «лидера» на земле могут легко оттеснить от пищи лидеры «земные».

Любовь, охота, путешествия

Где социальные отношения (и когнитивные особенности) проявляются особенно изощрённо, так это в делах любовных. И тут мы снова обращаемся к птицам: отныне мы знаем, что самцы соек угадывают гастрономические желания самок (сойки-мальчики понимают, когда их девочкам надоедает обычная еда, и стремятся разнообразить рацион своих дам), а самцы овсянок подстраивают под вкусы прекрасных дам песни.

Впрочем, если говорить о птицах, то в 2013-м особенно много работ было посвящено их умению ориентироваться на местности. Эти их таланты чрезвычайно изощрённы, а механизм до сих пор до конца не разгадан. Как они пролетают тысячи километров и не сбиваются с пути?! По одной из версий, им помогает в этом магнитное чувство, и в этом году у птиц даже как будто нашли некие структуры, подходящие на роль магниторецепторов. Возможно, магнитным компасом служит ещё и клюв. Однако вряд ли пернатые целиком и полностью полагаются лишь на сенсорную систему. Прокладывая маршрут, они, очевидно, пользуются данными от самых разных органов, включая обонятельные, совмещая их с внутренней картой местности, для построения которой применяют инфразвуковые особенности ландшафта.

Говоря о способах ориентации на местности, нельзя не вспомнить про жуков-навозников, у которых обнаружили способность ориентироваться на местности по звёздам, причём не по всяким, а лишь по полосе Млечного Пути. Среди насекомых, как утверждают учёные из Лундского университета (Швеция), это пока единственный случай такого умения.

Другой аспект жизнедеятельности, где взаимоотношения между видами и когнитивные навыки проявляются особенно разнообразно, — это охота. И тут, конечно, нужно сказать о пауках-кругопрядах, которые, как оказалось, ловят добычу в электрические сети и даже, более того, учатся у самой добычи, как лучше её ловить. Исследователи из Киотского женского университета (Япония) обнаружили, что эти харизматичные хищники по-разному прислушиваются к вибрациям своей паутины, большее внимание уделяя тем зонам, куда добыча попадает чаще всего.

Другими выдающимися охотниками, которые пользовались в уходящем году особым вниманием учёных, были гепарды. Во-первых, удалось опровергнуть гипотезу о том, что неудачи на охоте связаны у этих кошек с перегревом организма. Оказалось, что во время бега гепарды не так уж сильно разогреваются, повышение температуры им не может мешать. Правда, остаётся тогда вопрос, почему всё-таки эти скоростные кошки так часто промахиваются — притом что стратегия и тактика охоты у них отточены до блеска. Исследователи из Университета Королевы в Белфасте (Великобритания) выяснили, что гепарды могут предсказывать поведение своих жертв, а потому за разной добычей бегут по-разному, а зоологи из Королевского ветеринарного колледжа при Лондонском университете (Великобритания) обнаружили, что ловкость гепардов ничуть не уступает их скорости. Вообще, в случае с гепардами не знаешь, чему больше удивляться — изощрённости самих животных или изощрённости исследователей, которым удалось проанализировать поведение и физиологию гепардов в их естественной среде с помощью новейших технологических достижений.

Есть у эволюции начало, нет у эволюции конца

Мы могли бы ещё долго приводить примеры сложных, запутанных и изобретательных экологических взаимоотношений. Так, мы не коснулись некоторых случаев сотрудничества между видами (тут можно было бы вспомнить про аляскинских пищух, которые заготавливают траву на зиму с оглядкой на гусениц), и не говорили о том, как животные справляются с новыми антропогенными угрозами (тут хорошим примером могли бы стать птицы, оценивающие скорость машин на дороге).

Но на самом деле гораздо больше внимания заслуживают работы, посвящённые главной, не побоимся этого слова, научной дисциплине — эволюционному учению. Все особенности живых организмов, которым мы не устаём удивляться, от анатомических «примочек» до поведенческих стратегий, возникли под действием эволюционных сил. Об этих силах мы ещё многого не знаем, хотя с каждым годом узнаём всё больше.

Сразу же стоит сказать, что некоторые положения дарвиновской теории со временем лишь уточняются и находят новые подтверждения, но есть и такие, что, напротив, встречают довольно сильную критику. Вот, например, проблема сложных органов, которую пытался решить ещё Дарвин. В самом деле, даже тогдашним сторонникам эволюционного учения было трудно представить себе, как в ходе эволюции мог возникнуть, например, глаз. Впрочем, для глаза таки удалось найти промежуточные формы, через которые он мог эволюционировать. Однако «проблема сложности» всё ещё остаётся на повестке дня. Ряд палеонтологических и молекулярно-биологических данных позволяет сделать вывод, что некоторые сложные структуры могли образовываться без участия сил естественного отбора — так по крайней мере считают некоторые биологи. А вот другие предлагают иное, возможно, более парадоксальное решение «проблемы сложности»: по мнению специалистов из научно-исследовательского центра NESCent (США), сложные органы возникли в результате упрощения других, ещё более сложных структур.

Среди других важных работ, касающихся «эволюции вообще», стоит отметить статью Ричарда Ленски (Richard Lenski) и его коллег из Университета штата Мичиган (США). Учёные пришли к выводу, что эволюция, раз начавшись, уже никогда не закончится (разумеется, если не принимать в расчёт ядерную войну и столкновение Земли с особо крупным метеоритом). Другая работа, выполненная учёными из Института Гюльбенкяна (Португалия), может смутить тех, кто привык считать обязательным доминирование благоприятных признаков в популяции. Хотя на самом деле авторы лишь подтвердили известную гипотезу о том, что если ген приносит пользу своему обладателю, то это ещё не значит, что такой ген будет доминировать в популяции. Взаимоотношения внутри популяции и между ней и средой слишком сложны, чтобы по индивидуальной пользе можно было однозначно сказать, пригодится ли какой-то ген всей популяции.

Вообще, среди статей, в той или иной степени касающихся эволюционных вопросов, можно выделить те, где речь идёт о важных, но всё же частных вещах, и те, которые погружаются в Главные Вопросы о Жизни, Смерти и Вообще — вроде становления многоклеточности, происхождения жизни и т. п. Среди первых можно выделить обнаружение у латимерий «гена конечностей», статью о неоднозначной взаимозависимости длины рогов и продолжительности жизни у баранов, а также сообщение о том, что собак удалось приручить благодаря человеческой пище. (Тут стоит сказать, что приручение собак оказалось такой горячей темой, что накал научных страстей в ней может посоперничать с собачьими боями.)

Среди статей на глобальные темы, помимо уже упоминавшихся работ, касающихся сложных органов, можно указать на попытку посчитать, сколько клеток могло быть у первых многоклеточных, а также на непрекращающуюся дискуссию о том, с чего началась жизнь — с белков или с РНК. Несмотря на популярность гипотезы мира РНК, сторонники белков не сдаются. Так, в этом году они выступили с дополнительными аргументами: во-первых, первые белки могли работать без участия РНК, во-вторых, эволюция биосинтеза белка могла начаться до появления рибосом, то есть и до появления нуклеиновых кислот.

Но и сторонникам белков, и сторонникам РНК нужно решать одну общую проблему — проблему концентрации первых биомолекул в небольшом объёме среды, чтобы осуществить друг с другом хоть какую-то реакцию. Обычно тут приходится допускать существование неких мембран, и в уходящем году вышло несколько работ, описывающих, как первые РНК и мембраны могли сосуществовать и стабилизировать друг друга. Однако некоторые полагают, что необходимость мембран, возможно, сильно преувеличена: исследователи из Корнеллского университета (США) предлагают на роль первичного концентратора первичных биомолекул... обычную глину.

Ну и напоследок, дойдя до самых высот (или глубин) современной биологии, мы хотим напомнить читателям об одном исследовании, которое, несомненно, могло бы увенчать весь этот пир научного духа. В статье исследователей из Технологического института Джорджии (США) актуальность проблемы соответствует её масштабу, а изящество решения гармонирует с точностью сделанных выводов. Сама же статья посвящена времени мочеиспускания у млекопитающих разного размера, и вывод, к которому приходят авторы, состоит в том, что собаки и слоны мочатся за одно и то же время благодаря гравитации. No, как говорится, сomments.