Так называемая орхидея-паук, или брассия[46], (цветная вклейка 5), опыляется при помощи другой обманки. Самки многих видов ос-отшельниц («отшельниц» потому, что они не селятся большими колониями, в отличие от хорошо известных нам настоящих, социальных ос) ловят пауков, жалят их, парализуя, и откладывают в них яйца, используя паука в качестве живого склада провианта для личинок. Брассия настолько похожа на паука, что осы пытаются ужалить цветок. При этом они подбирают поллинии — комки пыльцы. Когда оса перелетает на другой цветок, чтобы попытаться ужалить и его, она переносит и пыльцу. Не могу не привести и другой пример: паук Epicadus heterogaster прикидывается орхидеей. Заинтересованные насекомые слетаются к «цветку» и съедаются им.
Самые восхитительные орхидеи, поднаторевшие в обмане, можно найти в Западной Австралии. К ним относятся различные виды дракей Drakaea, известных также как молоточковые орхидеи. Каждый вид особым образом связан с каким-либо видом осы Thynnidae. Той или иной своей частью цветок напоминает осу-самку. Пока все вроде бы похоже на другие истории. Но у дракеи есть еще одна уловка, да какая изощренная! Лже-оса будто бы сидит на одной части руки с суставом, и «локоть» у этой «руки» сгибается. На иллюстрации (цветная вклейка 5) хорошо виден «сустав». Вибрирующие движения брюшка самца, захватившего «самку», приводят к сгибанию «локтя». В результате самец ударяется как молоточек о другую часть цветка (назовем ее наковальней), где расположены органы размножения цветка. И тогда поллинии высвобождаются из пыльников и прилипают к самцу. И вот он опомнился и улетел прочь, печальный, но ничуть не поумневший: он снова находит «самку» — орхидею, начинает спаривание, вибрирующая рука сгибается в локте, наковальня снова приходит в движение. Поллинии аккуратно приклеиваются к наковальне: теперь они доставлены прямо к месту назначения — к женским органам орхидеи. Я демонстрировал фильм, где было показано это потрясающее представление, на специальной новогодней лекции для детей, прочитанной в Королевском институте. Его можно увидеть в записи той лекции, названной «Ультрафиолетовый сад»[47].
Тогда же я рассказывал о другой орхидее из Южной Америки. Ее называют ковшовой. Эти орхидеи тоже обзавелись опылителями, но не осами, а маленькими пчелами Euglossini. Ковшовые орхидеи не вырабатывают нектар. Но они и не пытаются соблазнять пчел. Вместо этого они оказывают самцам услугу, без которой те не смогли бы привлечь самок.
У этих южноамериканских пчел есть странная привычка. Их задние конечности непомерно увеличены, и к ним прикреплены особые контейнеры, в которых хранятся пахучие вещества. У разных видов пчел эти запахи различаются[48]: у одних цветочные ароматы, у вторых — гнилая древесина, у третьих — запах экскрементов, и так далее. Похоже, они используют запахи, чтобы привлекать самок. Многие насекомые используют запахи, чтобы привлекать особей противоположного пола, и большинство их вырабатывает ароматические вещества особыми железами. Так, самки шелкопрядов выделяют специфическое вещество, запах которого самец различает на удивительно большом расстоянии. В случае пчел Euglossini запахи используют самцы. Но в отличие от самок шелкопрядов они не синтезируют пахучее вещество, а пользуются готовыми составами, которые сами собирают. При этом нужный аромат является не чистым веществом, а смесью различных ингредиентов, подобранных с профессионализмом настоящих парфюмеров. Среди Euglossini встречаются «парфюмеры», которым для составления «букета» необходимо вещество, поставляемое только одним видом орхидей. Потому этих пчел называют орхидными.
На удивление занимательная картина взаимозависимости! Орхидеям нужны орхидные пчелы, которых те держат в качестве «волшебных пуль». А самцам пчел необходимы орхидеи, поскольку они не могут привлечь самок без помощи веществ, которые нельзя найти нигде, кроме цветов. Но вообразите: способ, каким осуществляется само опыление, еще более затейлив! При дилетантском подходе он заставляет считать пчелу скорее жертвой, чем партнером.
Самец Euglossini летит на запах орхидеи, который нужен ему для составления афродизиака. Он усаживается на борт ковшика, откуда начинает соскребать воскообразное вещество в специальные запаховые кармашки на задних конечностях. Но бортики ковша скользкие, и это не случайно. Пчела поскальзывается и падает в ковшик, наполненный жидкостью. Выкарабкаться, взобравшись на бортик, она не может. Орхидея оставила пчеле единственный путь — специальное, как раз по размеру пчелы, отверстие в стенке ковша. Путь к выходу снабжен указателями. Когда пчела начинает протискиваться сквозь тесное отверстие, оно сжимается (его устройство напоминает кулачковый патрон электродрели: проворачиваешь его, и он сжимает сверло). В этот момент к спинке пчелы надежно приклеиваются два поллиния. Ловушка еще немного «медлит», чтобы клей схватился, а потом отпускает пчелу. Теперь она свободна. Ее ждет поиск ингредиентов для «духов», и вновь на ее пути оказывается орхидея с ковшом-ловушкой и тесным лазом. Здесь пчела оставляет поллинии, и они опыляют цветок.
Близкие связи между цветами и опылителями являют собой превосходный пример коэволюции, то есть совместной эволюции. Коэволюция часто происходит у организмов, которые получают друг от друга пользу, у партнеров, каждый из которых может чем-либо помочь другому, причем обоим по тем или иным причинам это сотрудничество выгодно. Вот еще один замечательный пример взаимосвязей, независимо возникших в разных частях света, — симбиоз крупных рыб и чистильщиков, обитающих в коралловых рифах. Чистильщики принадлежат к разным видам рыб, а иногда и не рыб вовсе, а креветок — чудесный пример конвергентной эволюции. Стратегия чистильщиков, так же как и стратегия млекопитающих-охотников, пастбищных животных или поедателей муравьев, является вполне надежной. Их специализацией является сбор паразитов с тела крупных клиентов. Можно с легкостью продемонстрировать, какую выгоду получают клиенты от этой работы: просто удалите из опытной акватории всех чистильщиков, и тут же состояние многих рыб ухудшится. Я обсуждал тему чистильщиков в различных работах[49], поэтому не буду здесь останавливаться на ней.
Коэволюция может идти и в том случае, когда виды не выгадывают от обоюдного присутствия, как, например, хищники и жертвы, паразиты и их несчастные хозяева. Этот тип коэволюции иногда называют «гонкой вооружений». Мы рассмотрим его в главе 12.
Природа как селективный агент
Итак, отбор, осуществляемый человеком, может превратить дворнягу в пекинеса или дикую капусту в капусту цветную в течение жизни нескольких столетий. Объем различий между двумя породами собак дает нам примерное представление о том, сколько изменений может накопиться менее чем за тысячелетие. Теперь зададимся вопросом: о скольких тысячелетиях мы говорим, когда обсуждаем историю жизни на Земле? Мы представляем себе, насколько изменилась дворняга, превратившись всего за несколько столетий в пекинеса. А сколько времени отделяет нас от начала эволюции или, например, от появления млекопитающих? Или выхода рыб на сушу? Ответ таков: жизнь началась не столетия, а десятки миллионов столетий назад. Измеряемый возраст нашей планеты примерно равен 4,6 миллиарда лет, или 46 миллионам столетий. Общий предок современных нам млекопитающих ходил по земле примерно два миллиона столетий назад. Для нас, людей, век — это очень, очень долго. А можем ли мы представить себе два миллиона веков? Наши рыбообразные предки вышли на сушу примерно 3,5 миллиона столетий назад — это примерно в двадцать тысяч раз больше, чем ушло на появление такого количества разных (действительно разных) пород собак со времени жизни их последнего общего предка.
Вспомните об отличии дворняги от пекинеса. Речь не идет о точных измерениях. Мы могли бы взять две другие породы собак, поскольку их различия примерно равны удвоенному объему изменений, произошедших со времени жизни их последнего общего предка. Задержим этот образ на секунду в памяти и экстраполируем в прошлое, отстоящее в двадцать тысяч раз дальше. При таком подходе достаточно просто принять как факт: эволюция могла успеть сделать достаточно ходов для преобразования рыбы в человека. Все это, однако, означает, что мы считаем возраст Земли известным, как и хронологию ключевых эпизодов палеонтологической летописи. Поскольку эта книга посвящена доказыванию, я не могу просто указать даты — я должен подтвердить их. Но как узнать возраст определенного куска горной породы? Как определить возраст окаменелостей? Как определить возраст Земли? Как определить возраст Вселенной? Нам нужны часы. О них и пойдет речь в следующей главе.
Вспомните об отличии дворняги от пекинеса. Речь не идет о точных измерениях. Мы могли бы взять две другие породы собак, поскольку их различия примерно равны удвоенному объему изменений, произошедших со времени жизни их последнего общего предка. Задержим этот образ на секунду в памяти и экстраполируем в прошлое, отстоящее в двадцать тысяч раз дальше. При таком подходе достаточно просто принять как факт: эволюция могла успеть сделать достаточно ходов для преобразования рыбы в человека. Все это, однако, означает, что мы считаем возраст Земли известным, как и хронологию ключевых эпизодов палеонтологической летописи. Поскольку эта книга посвящена доказыванию, я не могу просто указать даты — я должен подтвердить их. Но как узнать возраст определенного куска горной породы? Как определить возраст окаменелостей? Как определить возраст Земли? Как определить возраст Вселенной? Нам нужны часы. О них и пойдет речь в следующей главе.
Глава 4 Молчаливая старина
Если «отрицатели истории», сомневающиеся в том, что эволюция — это факт, просто не знают биологии, то те, кто считает, что мир младше десяти тысяч лет, не просто невежды: их заблуждения граничат с безумием. Они отрицают не только факты, поставляемые биологией, но также физикой, геологией, космологией, археологией, историей и химией. Эту главу я посвящу определению возраста горных пород и содержащихся в них окаменелостей. Я представлю доказательства того, что время существования жизни на нашей планете измеряется не тысячелетиями, а тысячами миллионов лет. Вспомним уже использованную мной аналогию. Эволюционист находится в положении детектива, прибывшего на место преступления. Чтобы выяснить, когда происходили события, мы изучаем следы процессов, зависящих от времени, то есть пользуемся часами в широком смысле слова. Детектив, приступая к расследованию убийства, прежде всего интересуется у врача или патологоанатома временем смерти жертвы. Это весьма важная информация, и в детективной литературе заключению медика придается почти мистическое значение. Знание времени смерти — отправная точка рассуждений детектива. Оценка, конечно, может быть ошибочной. Патологоанатом для установления времени смерти наблюдает за ходом различных процессов: тело остывает постепенно и с известной скоростью, трупное окоченение наступает в определенный момент, и так далее. Это — достаточно грубые «часы», доступные следователю. Часы, имеющиеся в распоряжении эволюциониста, потенциально гораздо точнее (разумеется, в рамках своей шкалы), и камень юрского периода в руках геолога больше похож на точный хронометр, чем остывающее тело, доставшееся патологоанатому.
Часы, изготовленные человеком, измеряют пренебрежимо малые с эволюционной точки зрения доли — часы, минуты, секунды — и поэтому основаны на быстрых динамических процессах: качании маятника, раскручивании пружины, колебаниях кристаллов, горении свечи, вытекании воды из сосуда или высыпании песка, вращении Земли (определяемом по движению солнечной тени). Эти процессы протекают с известной постоянной скоростью. Маятник качается с известной частотой, определяемой, по крайней мере в теории, только его длиной, но не амплитудой колебаний и не массой груза на его конце. Напольные часы работают благодаря присоединению маятника к анкеру, передающему движение зубчатому колесу, которое при помощи системы шестеренок обеспечивает ход секундной, минутной и часовой стрелок. Пружинные часы работают почти так же. Кварцевые часы работают при помощи эквивалента маятника — колебаний кристаллов определенного вида под воздействием энергии, поставляемой батарейкой. Водяные и огненные часы обладают куда меньшей точностью, но ими широко пользовались до изобретения часов, основанных на постоянстве хода. Они основаны не на подсчете отрезков времени, как маятниковые или цифровые часы, а на измерении объема. Солнечные часы — неточный способ измерения времени. Однако вращение Земли позволяет создать более точные, хотя и медленные часы, которые мы называем календарем. Это происходит именно потому, что при таком масштабе часы становятся не измеряющими (как солнечные часы, измеряющие постоянно меняющееся склонение солнца), а счетными (подсчитывающими число циклов день/ночь).
В медленном временном масштабе эволюционного процесса мы располагаем как счетными, так и измеряющими часами. Но для того, чтобы по-настоящему исследовать эволюционный процесс, нам скорее нужны не часы, определяющие текущее время, как солнечные или механические часы, а аналог секундомера, который можно обнулять. Нам нужно, чтобы эволюционные часы в какой-то момент обнулились, чтобы мы могли затем подсчитать, сколько времени прошло с этого момента, и установить абсолютный возраст объекта, например фрагмента горной породы. Так, радиоактивные часы для измерения возраста вулканической породы обнуляются в момент ее образования из затвердевающей лавы.
К счастью, существует несколько разновидностей природных «часов» с возможностью обнуления. Особенно приятно как раз то, что их несколько: это позволяет нам проверять точность одних часов с помощью других. Еще приятнее то, что они покрывают огромный спектр временных масштабов, и это нам действительно необходимо, поскольку временные масштабы эволюционного процесса могут различаться на семь или восемь порядков. Думаю, будет полезным объяснить, что это значит.
«Порядок» — весьма точное понятие. Изменение на один порядок подразумевает умножение или деление на десять. Поскольку мы пользуемся десятичной системой счисления[50], то порядок числа определяется количеством нолей до или после запятой. Таким образом, различие на восемь порядков — это различие в сто миллионов раз. Секундная стрелка часов вращается в 60 раз быстрее минутной стрелки и в 720 раз быстрее часовой. Следовательно, три стрелки часов покрывают меньше, чем три порядка. Это — ничто по сравнению с восемью порядками, покрываемыми нашим арсеналом геологических часов. Для коротких промежутков времени (до долей секунды) существуют «часы», основанные на радиоактивном распаде, но самые точные часы, которые нам могут потребоваться для эволюционных нужд, измеряют века или десятилетия. Эти «быстрые» природные часы — годичные кольца деревьев и радиоуглеродный метод датирования — полезны археологам и при определении возраста образцов времен одомашнивания собак или капусты. На противоположном конце шкалы нам нужны часы, способные надежно отмерять сотни миллионов и даже миллиарды лет. И — хвала природе — она предоставила нам весь спектр «часов», которые могут нам потребоваться. Более того, их шкалы перекрывают друг друга, что позволяет нам использовать их для перепроверки.
Годичные кольца
При помощи часов, основанных на образовании годичных колец у деревьев, можно с потрясающей точностью, буквально до года, определить возраст куска древесины, например балки в доме эпохи Тюдоров. Вот как это происходит. Во-первых, возраст спиленного дерева можно определить, подсчитав годовые кольца на срезе ствола (внешнее кольцо соответствует настоящему времени). Кольца отражают разную скорость роста в зависимости от времени года и природных условий — зима или лето, сухой или влажный сезон — и особенно выражены в высоких широтах, где времена года резко различаются. К счастью, чтобы определить возраст дерева, не обязательно его рубить. Можно пробурить небольшое отверстие до сердцевины ствола и выпилить пробу — тонкий деревянный стержень. Однако простой подсчет колец не покажет, в каком веке потолочная балка или мачта драккара перестала быть деревом. Если вы хотите определить, когда жило старое, давно умершее дерево, надо не просто подсчитать кольца, а уделить внимание чередованию широких и узких колец.
Поскольку погода меняется от года к году, условия роста меняются вместе с ней: в годы засухи рост приостанавливается, в урожайные годы ускоряется. Бывают холодные и жаркие годы. Случаются катастрофы вроде взрыва Кракатау, дает о себе знать Южная осцилляция[51]. Все это отражается на ширине годовых колец, подобно тому, как само существование колец является отражением сезонных изменений темпа роста. Хороший с точки зрения дерева год даст более широкое кольцо. Последовательность плохих и хороших лет в любом регионе будет отражаться на всех местных деревьях, формируя своеобразный «отпечаток пальца», прекрасно узнаваемый от дерева к дереву.
Дендрохронологи измеряют кольца на деревьях, для которых точно известна дата образования любого из колец, отсчитанная назад от года, когда дерево было повалено. На основании этих данных составляется дендрохронологическая таблица, с которой можно сравнить образец дерева, возраст которого вы хотите установить. В итоге вы можете получить примерно такой ответ: «Эта балка содержит характерную последовательность колец, совпадающую с образцом из коллекции и соответствующую 1541–1547 годам. Таким образом, дом был построен после 1547 года».