Жизнь, которую мы создали (2)
Биоинженерные технологии не только помогают нам бороться с болезнями и создавать более вкусные и долговечные продукты, но и спасают другие виды от вымирания. В книге «Жизнь, которую мы создали: Как пятьдесят тысяч лет рукотворных инноваций усовершенствовали и преобразили природу» (издательство «Corpus»), переведенной на русский язык Анастасией Бродоцкой, эволюционный молекулярный биолог Бет Шапиро рассказывает, как человек на протяжении всей своей истории напрямую влиял на эволюцию других видов — и каким образом биотехнологии учат нас более ответственно манипулировать природой. Предлагаем вам ознакомиться с фрагментом, посвященным странствующим голубям, которые путешествовали огромными стаями, и причинам их вымирания.
Конец изобилия
Когда в XV веке европейцы высадились в Америке, там уже давно не было ни мамонтов, ни мастодонтов, ни гигантских ленивцев. Растительность, которую раньше эти гиганты ледникового периода удерживали в рамках, теперь находилась под контролем людей, а те применяли огонь и другие технологии, чтобы сделать землю пригодной для заселения и способствовать росту съедобных растений. На просторах североамериканских прерий паслись тучные стада бизонов и водились дикие индейки, волки и койоты. Ближе к побережью буйные леса постепенно сменялись полями, где выращивали культурные растения — кукурузу, бобы, тыкву, подсолнечник.
А надо всем этим летали голуби.
Странствующие голуби издавна были частью североамериканской экосистемы. Предки странствующих голубей ответвились в ходе эволюции от своих ближайших ныне живущих родственников, полосатохвостых голубей, не позднее 10 миллионов лет назад. Странствующие и полосатохвостые голуби пережили все перипетии ледниковых периодов по разные стороны от Скалистых гор — странствующие голуби на востоке, полосатохвостые на западе. В их рацион входили семена плодокормовых растений — желуди, буковые орешки, мелкие лесные орехи, в общем, все, что удавалось найти. Два вида голубей экологически были похожи, но у них имелось одно существенное различие: странствующие голуби жили огромными популяциями.
Прибыв в Северную Америку, европейцы обнаружили голубиные стаи буквально из миллиардов особей. Первым европейцем, увидевшим странствующего голубя, был Жак Картье, и произошло это в 1534 году. Картье, исследовавший восточное побережье Канады, заметил на острове, который сейчас называется остров Принс-Эдуард,
«бессчетное множество лесных голубей» . Пролет стаи странствующих голубей над поселением мог продолжаться несколько дней, и в это время «дневной свет тускнел, словно при частичном солнечном затмении», а «помет падал хлопьями, весьма напоминавшими мокрый снег» .
Странствующие голуби представляли собой экологическую силу, с которой приходилось считаться. Их стаи перелетали из леса в лес и сжирали все на своем пути. В местах гнездовий на одном дереве могло быть пятьсот гнезд. Когда голуби бросали гнезда — а делали они это все одновременно в конце поры гнездования, — на земле в лесу оставался толстый слой помета, а деревья стояли голые и поломанные. Странствующие голуби душили леса — и при этом перезапускали экологический цикл, оставляя на месте зрелого леса простор для молодой поросли.
Неловко признаваться, но про странствующих голубей я узнала только в аспирантуре. Мой первый исследовательский проект по древней ДНК ставил целью выяснить, был ли додо разновидностью голубя, как предполагали некоторые, или отдельной линией — близким родственником голубей. Чтобы ответить на этот вопрос, мне нужна была ДНК додо, и я рассчитывала получить разрешение отпилить крошечный кусочек кости знаменитого додо из музея естественной истории при Оксфордском университете. Для куратора зоологических коллекций Малгоси Новак-Кемп, женщины хрупкой, но темпераментной, каждый экспонат составлял предмет колоссальной гордости. Малгося, конечно, была не прочь, чтобы экспонаты послужили науке, однако ей претила мысль, что кто‑то будет сверлить в них дырки. Согласившись помочь мне с исследованием, она потребовала, чтобы я, прежде чем получить разрешение буравить додо, продемонстрировала ей свое мастерство (уж какое есть) на менее ценных мертвых птицах.
Малгосе очень хотелось похвастаться своей коллекцией вымерших голубей, и она потащила нас с Иэном Барнсом вверх по каменной лестнице в роскошный зал, где помещались запасники (похоже, стоит мне влипнуть в неприятную историю в каком‑нибудь музее — и Иэн сразу тут как тут). Зал был заставлен рядами металлических шкафов от пола до потолка. Они различались только надписями на белых карточках, приклеенных скотчем к дверцам, — там значились таксономические названия хранившихся внутри мертвых существ: Galliformes, Anseriformes, Psittaciformes… Малгося велела нам ждать у двери и скрылась в глубине зала в поисках шкафов с мертвыми голубями — Columbiformes. Несколько минут слышались только торопливые шаги, звуки выдвигаемых ящиков, лязг и звон открываемых и закрываемых дверец и иногда — ругательства на смеси английского и польского. Мы с Иэном смущенно ждали, не зная, что лучше — предложить помочь или не соваться под руку, как нам и велели. Наконец Малгося вернулась — с победоносным видом, кипой бумаг в одной руке и маленьким чучелом на подставке в другой: странствующий голубь в ярком оперении восседал на тонкой ветке американского каштана. Пока Малгося спешила к нам, пробираясь через лабиринт шкафов, глаза ее сияли от смеси восхищения и материнской гордости. Дрожащим от избытка чувств голосом она сказала, что это чучело стояло в главном зале, но его вернули в запасники, когда экспозицию поменяли, и что я, если хочу, могу взять маленькую пробу с подушечки лапки голубя для моих исследований ДНК.
Дальнейшее навсегда запечатлелось в моей памяти. Пол запасника был неровный, плитки на нем перекосились — что совершенно неудивительно для здания, которым непрерывно пользовались с пятидесятых годов XIX века. Когда Малгося сделала очередной шаг в нашу сторону, не сводя с голубя глаз и думая только о нем, она оступилась на расшатавшейся плитке. Ей удалось сохранить равновесие, и, к счастью, обошлось без опасного падения — она лишь припала на одну ногу. Но от резкого движения чучело в ее руках дрогнуло, и мы все затаили дыхание. Голубь качнулся, потом замер… Мы вздохнули с облегчением — и тут же услышали тихое «щелк»: это треснула ветка, на которой он сидел. Мы в ужасе смотрели, как птица сначала кувырнулась вперед, а потом ударилась о подставку головой и ее лапки взметнулись кверху. Голубь, словно бы в замедленной съемке, устремился к полу, сделав по меньшей мере одно сальто-мортале, перед тем как с глухим стуком шлепнуться на спину. Мы с Иэном, не мигая, глядели на поверженного голубя: смотреть на Малгосю мы оба боялись. Но и это было еще не все. Примерно через секунду после падения голова голубя аккуратно отделилась от тела и, окончательно опозорив своего владельца, покатилась в сторону; негромкое «тук, тук, тук» отдавалось эхом в рядах шкафов каждый раз, когда клюв ударялся о каменный пол.
Но я, разумеется, все же поступила как любой уважающий себя молодой исследователь: взяла пробу тканей с подушечки лапки голубя и выделила ДНК.
Первый генетический анализ почти ничего не поведал нам о странствующих голубях. Я амплифицировала несколько маленьких фрагментов ДНК и сравнила их с последовательностями других голубей, в том числе и оксфордского додо, у которого мне чуть позже разрешили взять пробу (так что теперь мы знаем, что это тоже был вид голубей). Эти маленькие фрагменты ДНК связали странствующих голубей с той же группой, к которой принадлежит и полосатохвостый голубь, но ничего не сказали о том, почему стаи странствующих голубей были настолько огромны. Как так вышло, что популяция сократилась с нескольких миллиардов до нуля всего за несколько десятилетий? К несчастью для странствующих голубей, они были не только многочисленны, но еще и вкусны, а ловить и убивать их оказалось проще простого. Успешно охотиться на них могли даже маленькие дети — они сбивали их палками с веток или сшибали в полете картофелиной. Однако главной опасностью для странствующих голубей были не меткая рука и острый глаз. Несчастных птиц погубил научно-технический прогресс. За первую половину XIX века европейские колонисты покрыли континент обширной сетью железных дорог. Эта сеть обеспечивала быструю связь между разными концами ареала обитания странствующих голубей, а также между всеми местами гнездовий этих птиц — и ненасытными рынками Восточного побережья; ну, а поезд всегда обгонит стаю. К 1861 году межконтинентальные телеграфные линии позволили сообщать о местонахождении стай странствующих голубей всем, кто желал сесть на этот поезд. В последующие двадцать лет миллиарды странствующих голубей были обнаружены, выслежены и убиты. Их ловили сетями, стреляли, травили, душили — ставили горшки с горящей серой под деревьями, которые были усеяны гнездами. Один охотник мог за день добыть до пяти тысяч птиц. В 1878 году в течение примерно пяти месяцев близ Петоски, штат Мичиган, ежедневно убивали по 50000 птиц — и это было последнее известное крупное гнездовье странствующих голубей. К 1890 году от всей дикой популяции осталось всего несколько тысяч особей. В 1895‑м защитники природы собрали последние гнезда с яйцами диких странствующих голубей и попытались разводить их в неволе. В 1902 году охотники в Индиане застрелили последнего дикого странствующего голубя, и тогда родившуюся на свободе голубку Марту отправили в зоопарк штата Цинциннати и подселили в клетку к Джорджу, родившемуся в неволе. Но Марта и Джордж так и не спарились, а в 1910 году Джордж умер. Марта прожила еще чуть больше четырех лет — в одиночестве, последняя из своего вида. Первого сентября 1914 года она скончалась, и ее вид вместе с ней.
И все же сокращение популяции странствующих голубей выглядит на удивление стремительным, даже если учесть это неудачное совпадение — появление систем железных дорог и телеграфа и легкость, с которой странствующих голубей можно было ловить. Согласно одной из гипотез, маленькие популяции странствующих голубей не сохранились именно потому, что эти птицы могли жить только огромными стаями. Это явление называется «эффект Олли» в честь эколога Уордера Клайда Олли. В тридцатые годы прошлого века Олли обнаружил, что золотые рыбки растут быстрее не в одиночестве, а если живут в замкнутом пространстве с другими золотыми рыбками. Это противоречило ожиданиям, поскольку конкуренция за ограниченные ресурсы должна заставлять особи расти не быстрее, а медленнее. Олли предположил, что все дело в сотрудничестве. Если отдельные особи налаживают сотрудничество, скажем, при поиске пищи и защите от хищников, получается, что чем больше численность, тем лучше сотрудничество и, соответственно, тем выше приспособленность каждой особи в отдельности. Применительно к странствующим голубям эффект Олли означал, что со временем у странствующих голубей возникла эволюционная потребность в кооперации, поэтому для выживания им требовались огромные популяции.
Чтобы в ходе эволюции появилась экологическая стратегия, при которой для выживания необходима большая популяция, надо, чтобы странствующие голуби жили очень большими стаями очень долгое время. Когда мы только приступили к их изучению, многие исследователи полагали, что стаи странствующих голубей достигли таких размеров лишь недавно — либо при разрастании лесов после последнего ледникового периода, либо после того, как первые американцы начали масштабно практиковать земледелие (поскольку посевы предоставляли растущим популяциям голубей вдоволь пищи).
В 2000‑м году, когда я выделила митохондриальную ДНК оксфордского безголового странствующего голубя, технологии секвенирования ДНК были еще недостаточно развиты и не позволяли составить целые геномы вымерших видов. Все изменилось в первое десятилетие XXI века, когда новые технологии секвенирования ДНК обеспечили доступ к самым крошечным сохранившимся фрагментам древней ДНК и дали возможность составлять из этих фрагментов целые геномы. Полный геном предоставлял значительно больше данных, помогавших понять, когда именно популяции странствующих голубей стали огромными и — возможно — почему они так быстро вымерли.
В течение следующих нескольких лет мы выделили ДНК из сотен фрагментов кожи, перьев и костей странствующих голубей в поисках образца, который сохранился бы достаточно хорошо, чтобы выделить полный геном. Наконец в 2010 году Аллан Бейкер, возглавлявший тогда отдел естественной истории Королевского музея Онтарио, дал нам разрешение взять образцы тканей 72 (!) странствующих голубей из коллекции музея; в их числе были и последние особи, которых застрелили и сохранили. Среди них мы обнаружили трех особенно хорошо сохранившихся голубей. Занявшись ими, мы выделили миллиарды крошечных фрагментов ДНК, из которых тщательно собрали геномы. Затем мы сопоставили эти геномы друг с другом и с геномами полосатохвостых голубей. Приблизительно оценив, когда популяции странствующих голубей стали такими большими, мы принялись искать мутации, которые обеспечили им успех в больших популяциях.
Результаты нас одновременно и порадовали, и огорчили. Мы узнали, что популяции странствующего голубя были велики и даже огромны не меньше 50 000 лет, а возможно, и на десятки тысяч лет больше. Это означает, что их стаи были гигантскими даже в самые холодные времена последнего ледникового периода. Мы обнаружили генетические изменения, которые повлияли у этих птиц на реакцию на стресс и помогли им бороться с болезнями, — и то, и другое неизбежно, когда живешь так скученно. Мы нашли генетические признаки того, что странствующие голуби были всеядны, — да и как же иначе: ведь им приходилось выживать в самых разных климатических режимах. Но ничто не подсказало нам, почему они так быстро вымерли.
Вероятно, привыкшие к жизни в огромных стаях птицы утратили поведенческие навыки, необходимые для одиночной жизни. (Например, в стае не нужно быть большим мастером по поиску пищи или партнеров.) Но это умозрительные выводы, они не поддерживаются генетическими данными, которые подтверждали бы, что в вымирании странствующих голубей сыграл свою роль эффект Олли, а те скудные сведения, что имеются в нашем распоряжении, говорят, что в неволе птицы размножались в группах по десять-двенадцать особей так же охотно, как в диких условиях в стомиллионных стаях. А значит, скорее всего, странствующие голуби вымерли, поскольку их истребили люди. А все наши попытки что‑то исправить запоздали, и им не хватило масштаба. Странствующие голуби ушли навсегда, но их исчезновение не осталось незамеченным. Когда стало ясно, что они вот-вот сгинут (а одновременно наблюдалось еще и снижение поголовья североамериканского бизона), это явилось стимулом для первых попыток защитить исчезающие виды законодательно. Вымирание странствующих голубей проложило путь многим природоохранным законам, правилам и установлениям, которые соблюдаются и в наши дни по всему миру.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru