Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Биология»Содержание №11/2003

ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ

И.А. ЗАХАРОВ

Красное и черное

Название всем известных жуков «божьи коровки» связано, вероятно, с тем обстоятельством, что пойманное насекомое выделяет капельку жидкости – «молочка», а эпитет «божья» происходит от склонности жука, посаженного на ладонь, сразу взлетать вверх, «к небу». Ассоциация этого насекомого с Богом (или Матерью Бога) проявляется в его названиях на языках разных народов: Божья коровка (русский), «божа овчица» (сербский), «курочка Бога» (французский), «корова Бога» (румынский), «та, чей пастух (Бог) Индра» (древнеиндийский), «птичка Богоматери» (английский), «жук девы Марии» (немецкий). Возможно, эти названия отражают какие-то древние, свойственные предкам индоевропейцев, верования.

Рассказ не случайно начат с мифа: дальше речь пойдет о мифах научных, упорно поддерживаемых в биологической литературе и связанных с одним из видов божьих коровок – адалии двуточечной (Adalia bipunctata). Этот вид замечателен тем, что наиболее «близок к человеку», а вне населенных пунктов встречается относительно редко. Такой особенности адалии благоприятствуют два обстоятельства. Прежде всего – наличие близ жилья человека декоративных растений, часто интродуцированных, плохо приспособленных к местным условиям, а потому легко поражаемых различными вредителями, и в том числе, тлей – основным кормом божьих коровок.

Другой фактор – адалия успешно освоила жилые строения в качестве мест зимовки. В природе эти жуки нередко зимуют в трещинах камней. Щели в домах, а также пространства между рамами окон оказались для них не только многочисленными, но и более комфортабельными убежищами. Таким образом, летом в городах адалия находит обильный корм, а зимой – удобные укрытия. Наверное, поэтому она встречается, часто в огромных количествах, от Калининграда до Петропавловска-Камчатского, от Сыктывкара до Еревана.

Многообразие божьих коровок (крайняя справа в нижнем ряду – личинка)Для многих видов божьих коровок характерен полиморфизм: особи одного вида отличаются друг от друга формой или числом пятен. Но для адалии характерна крайняя степень изменчивости – эти жуки могут быть как с черными пятнами на красном фоне, так и с красными – на черном* . В конце 1920-х – начале 1930-х годов ленинградский генетик Я.Я. Лусис установил, что обе окраски определяются состоянием одного гена: черная – доминантный признак, красная – рецессивный. Тем не менее в популяциях адалии чаще всего преобладают красные жуки, а доля черных обычно не превышает 10%.

Многообразие божьих коровок (крайняя справа в нижнем ряду – личинка)

Устойчивое и повсеместное присутствие в одних и тех же популяциях двух форм – красной и черной – бросает вызов простейшему варианту дарвиновской теории выживания. Столь резко отличающиеся друг от друга, они, казалось бы, не могут быть одинаково «приспособленными» – одна из них должна вытеснить другую. Если этого не происходит, значит каждая форма приспособлена к среде по-своему. Существующие по этому поводу в специальной литературе объяснения и являют собой пример научных мифов.

Первый из них связан с исследованиями Н.В. Тимофеева-Ресовского, чья статья об адалии цитируется чаще многих других публикаций этого известного ученого.

Суть же исследования состояла в следующем. С конца 1920-х до середины 1940-х годов Тимофеев-Ресовский жил и работал в Бухе (предместье Берлина), где в течение 12 лет дважды в год (осенью и весной) собирал адалий, скапливавшихся до или после зимовки на стенах старой часовни. Результат получался четким и элегантным: осенью было больше черных, а весной – красных. Отсюда следовал вывод: черные интенсивнее размножаются летом, и к осени их доля в популяции нарастает, но хуже красных переносят зимовку, а потому к весне достигнутое ими превосходство теряется. Таким образом, устойчивому существованию двух форм в популяции находилось весьма правдоподобное объяснение – приспособленность к условиям разных сезонов года.

Однако сделанные позже многочисленные попытки еще раз повторить наблюдения Тимофеева-Ресовского в разных странах были неудачными. Автор этой статьи сам собирал адалий в Гатчине (пригород Санкт-Петербурга) и на южной окраине Москвы и никакой устойчивой разницы между частотой встречаемости двух форм в весенних и осенних выборках обнаружить не смог. Аналогичная попытка немецкого зоолога Р.Шуммера в том же Бухе (через 40 лет после Тимофеева-Ресовского) тоже дала отрицательный результат.

Тем не менее вышеприведенная интерпретация Н.В. Тимофеева-Ресовского постоянно приводится в разных обзорах и учебниках как наглядный пример влияния естественного отбора на структуру популяций. С чем же связана живучесть этого мифа?

В генетике даже сегодня мало данных о поддержании полиморфизма в популяциях за счет разнонаправленного действия отбора, а в 1930-е годы их не было совсем. Работа Тимофеева-Ресовского оказалась первой (или одной из первых) в этом роде, и итог ее впечатлял: ведь исследователь ежегодно в течение 12 лет получал однотипные данные на привлекательном биологическом материале – жуке с контрастной окраской. Однако невоспроизводимость его наблюдений, по-видимому, означает, что ученый столкнулся с уникальным случаем, и описанное им явление не носит общего характера, да и в конкретной популяции имело место только на ограниченном отрезке времени.

Согласно второму мифу, накопление в популяциях адалии черных (меланистических) форм всегда является следствием антропогенного загрязнения среды, потому как черные жуки к такому загрязнению более устойчивы. (Слово «всегда» выделено потому, что в отдельных случаях связь меланизации организмов с состоянием окружающей среды сомнений не вызывает.)

Впервые еще Я.Я. Лусис отметил, что в Ленинграде процент черных адалий значительно выше, чем в пригородах – Гатчине или Петергофе, и предположил, что черные формы более приспособлены к жизни в больших городах с их атмосферой, насыщенной продуктами индустриальной деятельности.

Позже английские исследователи обнаружили, что в Центральной Англии и Южной Шотландии в промышленных центрах обитают черные популяции, а в мелких населенных пунктах – красные.

Автор этой статьи, собирая с 1975 г. адалий в разных районах Ленинграда и населенных пунктах области, обнаружил: с удалением от города во всех направлениях доля черных особей в популяциях снижается от 85% (центр) до 6–9% (пригород). Более того, различия были отмечены даже между районами самого Ленинграда.

Но если сборы в Ленинграде подтверждают влияние индустриального воздействия на состав популяций адалий «географически», то в Ереване нашлись свидетельства «исторические». Здесь сохранились данные сборов начала века. Позднее там же проводил исследования и Я.Я. Лусис. В первом сборе черные жуки вообще отсутствовали, затем они появились, и их доля постоянно увеличивалась. В 1980-е годы я обнаружил их здесь уже около 60%.

Следовательно, вроде бы незачем сомневаться: высокий процент черных особей в таких городах, как Ленинград и Ереван, – следствие загрязнения среды обитания, к которому эти жуки почему-то лучше адаптировались. И вот, обнаружив в популяции адалии в Ялте в среднем 65% черных особей, ученые объяснили это тем, что в последние десятилетия атмосфера города была сильно загрязнена промышленными выбросами. Но так ли уж однозначно это заключение? Нет, ибо есть наблюдения, свидетельствующие, что частота черной формы может повышаться и при действии каких-то природных факторов. Например, черные жуки присутствовали в некоторых районах Киргизии в годы, когда антропогенного загрязнения там не было. В большом количестве мы обнаружили их и в экологически чистом районе близ озера Котокель в Забайкалье.

Данные ученых о составе ялтинской популяции адалий не уникальны. В 1980-е годы сбор был сделан и мною. Результат тот же – 65% черных. А по наблюдениям Я.Я. Лусиса, сделанным в 1958 г., – 58,2%. За последние 30 лет в Ялте развернулось большое строительство и резко возросло количество автомобилей, но частота черных жуков при этом, в отличие от ситуации, наблюдаемой в Ереване, почти не изменилась.

Для уточнения ситуации автор статьи провел сборы в нескольких местах Крыма летом 1991 г. Очень мало черных адалий встретилось в городах степной части полуострова, в Красноперекопске с его дымящими химическими заводами – 4,5%, в Симферополе – 13,8%, в Гурзуфе – 29% и в Никитском ботаническом саду – 32,6%. Зато великое множество их обнаружилось в Алупке, в нижней части парка, у моря – 64%. Объяснить этот факт загрязнением атмосферы невозможно (там его нет), и он ставит под сомнение выводы относительно ялтинских показателей.

Поскольку черная окраска – признак доминантный, а красных (гомозиготных) особей все-таки много, очевидно, что подавляющее большинство черных несут гены и черной, и красной окраски, т.е. гетерозиготны. Генетикам известно, что в ряде случаев гетерозиготы обладают повышенной жизнеспособностью, чем, очевидно, и объясняется сохранение, а иногда и резкое накопление черной формы в популяциях адалий. Возможно, черные устойчивее не только к загрязнению среды, но и к некоторым неблагоприятным природным факторам. Так, для божьих коровок, обитающих в степном Крыму и адаптированных к сухому климату, попадание во влажные субтропики Южного берега создает серьезные проблемы. И новый комплекс условий становится сильным фактором естественного отбора, вызывающим перестройку популяций.

Однако это пока лишь предположения. Физиология разноокрашенных адалий совершенно не изучена, и в чем именно состоит механизм большей устойчивости черных, мы не знаем. У ряда видов млекопитающих черные особи тоже лучше переносят стрессы – предположительно из-за того, что биосинтез меланина связан с образованием в организме веществ, регулирующих активность нервной системы. Может быть, и у насекомых избыточность этого пигмента сопровождается общей неспецифической устойчивостью? Так ли это – покажут будущие исследования.


* Число пятен у адалии также различно: в европейских популяциях преобладают красные с двумя черными пятнами и черные с четырьмя или шестью красными. В Армении, Средней Азии, Забайкалье разнообразие форм жуков еще больше

 

Рейтинг@Mail.ru