11 июня в 14:30

«Комар лондонского метро»: как города влияют на животных и насекомых

Как оценить эволюционные силы, формирующие новые экосистемы? Как научиться использовать их в своих целях и дать природе возможность развиваться в современных городах? Все это, а также многое другое, голландский эволюционный биолог Менно Схилтхёйзен объясняет в своей книге «Дарвин в городе». Однако же делает это на примере живущих в лондонских подвалах и туннелях метро комаров, парижских попугаев, некогда сбежавших из своих клеток в поисках свободы, и некоторых других представителей животного мира. С согласия издательства МОСЛЕНТА публикует несколько фрагментов из книги Схилтхёйзена.
«Комар лондонского метро»: как города влияют на животных и насекомых
Изображение: предоставлено издательством Бомбора

Фрагменты книги «Дарвин в городе: как эволюция продолжается в городских джунглях» публикуется с разрешения издательства Бомбора.

Портал в городе

(...) Culex molestus, или подвальный комар, известен также как комар лондонского метро. Этим названием он обязан в первую очередь тому, что в 1940 году неустанно терроризировал лондонцев, укрывавшихся от немецких бомбардировок на платформах и рельсах станции «Ливерпуль-стрит».

В 1990 году этими комарами заинтересовалась Катарина Бирн, генетик Лондонского университета. Вместе с бригадой техобслуживания Бирн изо дня в день спускалась в недра городской подземки. Она направлялась к самым глубоким участкам тоннелей — туда, где на кирпичных стенах, потемневших от пыли с тормозных колодок поездов, держатся связки кабелей толщиной с запястье, а сориентироваться можно только по старым эмалированным плиткам и неразборчивым отметкам, сделанным мелом и краской из баллончиков.

Именно там живут и размножаются комары лондонского метро. Они сосут кровь пассажиров и откладывают яйца в затопленных шахтах и резервуарах для сточных вод — там Бирн и набрала личинок.

Она взяла образцы воды с личинками в семи точках на линиях Центральная, Виктория и Бейкерлоо, отнесла их в лабораторию, дождалась, пока личинки вырастут во взрослых особей, а затем извлекла из них белки для генетического анализа. Двадцать лет назад я присутствовал на той самой конференции в Эдинбурге, где она выступала с презентацией результатов. Среди зрителей были в основном опытные эволюционные биологи, но ей удалось поразить нас всех.

«Комар лондонского метро»: как города влияют на животных и насекомых

Фото: Henry Nicholls / Reuters

Во-первых, комары с разных линий генетически отличались друг от друга. По словам Бирн, все дело в том, что линии метро представляют собой практически отдельные миры: комары, обитающие на одной линии, спариваются только друг с другом, а поезда, снующие туда-сюда, способствуют перемешиванию стаек на протяжении всей ветки. Она отметила, что у комаров с трех линий есть лишь один способ генетически перемешаться: «все сразу должны перелететь в другой поезд на станции “Оксфорд-серкес”».

Но, как оказалось, комары с разных линий метро отличаются не только друг от друга, но и от своих сородичей, обитающих над землей.

Это отличие заключается как в белках, так и в образе жизни. Комары на улицах Лондона питаются птичьей кровью, а не человеческой. Они не откладывают яйца, предварительно не насосавшись крови, спариваются в больших роях и впадают в спячку. Комары в метро откладывают яйца до того, как полетят кусать пассажиров, предаются сексуальным утехам в уединении и круглый год ведут активный образ жизни.

После того как Бирн опубликовала свою работу, выяснилось, что подвальный комар обитает не только в Лондоне. Он живет в погребах, подвалах и подземках во всем мире и уже приспособился к окружению, созданному человеком. Комары регулярно попадают в плен машин и самолетов, а значит, их гены переносятся из одного города в другой, но при этом они также скрещиваются с обычными местными комарами и получают гены в том числе от них. Кроме того, стало ясно, что все это началось совсем недавно — скорее всего, вид Culex molestus возник лишь тогда, когда люди начали строить под землей.

Я бросаю последний взгляд на своего собственного подвального комара в многолюдном переходе на станции «Ливерпуль-стрит» и представляю себе невидимые перемены, которые эволюция внесла в это крошечное и хрупкое тельце. Белки у него в усиках изменили форму — теперь комар реагирует на запахи людей, а не птиц. Гены, управляющие его биологическими часами, перенастроены или вовсе отключены, чтобы комар не впадал в спячку: под землей всегда достаточно человеческой крови, да и морозы не наступают. Что уж говорить о сложных преобразованиях, необходимых для того, чтобы вызвать перемены в половом поведении!

«Комар лондонского метро»: как города влияют на животных и насекомых

Фото: Globallookpress.com

Был вид, в котором самцы образовывали большой рой, а самки влетали туда, чтобы оплодотворить яйца, — стал вид, в котором самец и самка волею судьбы встречаются в укромном уголке, чтобы тихонько совокупиться.

Эволюция подвального комара находит отклик в нашем коллективном воображении. Почему она нас так волнует и почему я во всех подробностях помню презентацию Катарины Бирн спустя столь много лет? Во-первых, нас учили, что эволюция — длительный процесс, который едва заметно преображает вид в течение миллионов лет, во всяком случае уж точно не за короткий промежуток градостроительной истории человечества.

Подвальный комар дает нам понять, что эволюция — это не только динозавры и геологические эпохи. Ее можно наблюдать здесь и сейчас! Во-вторых, мы оказали на окружающий мир такое заметное воздействие, что диким животным и дикорастущим растениям пришлось приспособиться к среде, созданной человеком для человека. Сам факт этого лишний раз напоминает нам, что изменения, которые мы вносим в жизнь планеты, необратимы.

Есть и третья причина, по которой мы с удовольствием слушаем о подвальном комаре из лондонского метро: это довольно милое дополнение к стандартному эволюционному портфолио. Мы знаем, как эволюция совершенствует оперение райских птиц в далеких джунглях или форму цветков орхидей на горных вершинах, а тут выясняется, что это абсолютно прозаический процесс — он происходит даже у нас под ногами, посреди покрытых копотью электрических кабелей в городском метро. На редкость исключительный пример — и прямо в нашем городе! (...)

«Комар лондонского метро»: как города влияют на животных и насекомых

Фото: John Sibley / Reuters

Моя любовь к природе и желание ее беречь позволили мне понять, как могущественна эволюция и как неутомимо все живое приспосабливается к новым условиям. От роста человеческой популяции никуда не деться. Если не случится глобальной катастрофы и не введут принудительное регулирование рождаемости, люди покроют планету городской средой до конца этого века.

Именно поэтому так важно сохранить как можно больше природных территорий, не потревоженных человеческой активностью, и эта книга ни в коем случае не стремится обесценить усилия тех, кто этим занимается.

Но в то же время мы должны осознать, что привычные нам охранные методы, используемые за пределами девственной природы, — истребление экзотических видов, избавление от «сорняков» и «вредителей» — на самом деле уничтожают те самые экосистемы, на которые человеку предстоит полагаться в будущем. (...)

Жизнь в городе

(...) Экосистемы многих городов, особенно подводные, состоят прежде всего из чужеродных видов. Так, в заливе Сан-Франциско господствуют животные родом издалека. Скорее всего, большинство из них оказались здесь благодаря водяному балласту — это морская вода (и все ее обитатели), которую закачивают в специальные отсеки кораблей для поддержания равновесия после выгрузки, а в следующем порту назначения выливают. (...)

В Европе и Северной Америке городская флора на 35–40% состоит из чужеродных видов, а в центре Пекина этот показатель достигает аж 53%. Порой немалую роль здесь играют социально-экономические факторы. В Финиксе, штат Аризона, измерили уровень видового разнообразия флоры на двухстах с лишним участках размером 30 на 30 метров, случайным образом раскиданных по городу и его окрестностям. Одним из самых значительных факторов, влияющих на богатство видов на участке, оказалось финансовое благополучие района. Чем богаче жители, тем больше вокруг видов.

«Комар лондонского метро»: как города влияют на животных и насекомых

Фото: Roselle Chen / Reuters

Этот эффект — ученые назвали его эффектом роскоши — указывает на одно: появлению в городе новых видов растений мы обязаны путешествиям, торговле и неумолимому стремлению чужеродных растений покинуть ухоженный сад. (...)

Конечно, жизнь в городе не обходится без трудностей. И все же животные и растения, способные преодолеть большое расстояние и выжить в тесных, отгороженных от окружающего мира уголках, обнаружили здесь на удивление разнообразную среду, где есть место для великого множества видов. Если вспомнить об остальных трех причинах биологического богатства городов (появление чужаков, изначальное биоразнообразие, отсутствие преследования), станет ясно, почему в списках у городских натуралистов так много видов. (...)

В городских экосистемах без преадаптации никуда. От нее зависит, какие виды пройдут через строгий отбор машинами, мусором, бетоном и пылью, чтобы в конце концов назвать город своим домом. Городская флора и фауна во многом состоит из аборигенных и экзотических видов, которые в ходе эволюции научились справляться с вызовами, подобными тем, что потом встретились им в городе. (...)

Городские ландшафты

Попугаи в Париже... Так могла бы называться одна из причудливых работ Анри Матисса, но с 1970-х годов для жителей французской столицы это вполне повседневная картина. Индийский кольчатый попугай, или попугай Крамера (Psittacula krameri), достиг в колонизации европейских городов наибольших успехов — а еще, хоть уже и в меньших масштабах, поселился в Японии, Северной Америке, Австралии и на Ближнем Востоке. Это длиннохвостая ярко-зеленая птица с красным клювом — самцы к тому же могут похвастаться черно-розовыми кольцами вокруг шеи (этих попугаев еще на- зывают ожереловыми) и небесно-голубыми хвостами.

Большую часть XX века попугай Крамера был одной из самых популярных декоративных птиц — только в Западную Европу с 1980-х привезли на продажу почти 400 тысяч особей. С одной стороны, из-за этого сократились изначальные популяции в Индии и Африке, а с другой — попугаи-беглецы, которым надоело сидеть в клетках, основали в европейских городах новые быстрорастущие популяции.

«Комар лондонского метро»: как города влияют на животных и насекомых

Фото: Vuk Valcic / Globallookpress.com

Бывало и так, что этих птиц отпускали намеренно. Говорят, в конце 1960-х Джими Хендрикс выпустил на свободу пару попугаев на улице Карнаби-стрит в Лондоне — считается, что так было положено начало многочисленной лондонской популяции. А в 1974 году владелец зоопарка выпустил в Брюсселе сразу сорок птиц со словами «этому городу нужно больше цвета», и теперь популяция попугаев Крамера там насчитывает около 30 тысяч особей. Вряд ли директор зоопарка рассчитывал на такую палитру зеленого, красного, оранжевого, желтого и голубого.

Как и домовые вороны, попугаи Крамера с легкостью заселили города на севере Европы, будучи притом тропическими птицами. В этом им помогли городские острова тепла, а еще тот факт, что зимой в городе всегда есть чем поживиться (больше всего попугаям нравится присваивать арахис, которым люди подкармливают мелких певчих пташек). Кроме того, в природе этот вид водится в том числе у подножия Гималаев, а значит, может быть преадаптирован к заморозкам. (...)

Для изучения структуры генофондов городских видов применяют филогеографию — зародившийся в 1980-х подход к исследованию эволюционной истории природных популяций животных и растений. Он заключается в том, чтобы анализировать так называемые маркеры — разные участки характерной видовой ДНК — у множества особей из разных участков ареала вида. По данным о генетическом составе вида филогеографы отслеживают его историю. Так они могут рассчитать самый вероятный путь колонизации или узнать, не было ли в истории вида периода, когда численность популяции падала, а если и был, то когда. (...)

Филогеография — это способ заглянуть в прошлое вида сквозь его современные гены. Не так давно филогеографы заинтересовались и городскими видами. Изучив ДНК городской флоры и фауны, они смогли ответить на важнейшие вопросы, решить которые иначе попросту нельзя. (...)

Зоолог Джейсон Манши-Саут из Фордемского университета прославился как раз тем, что составил точную схему филогеографической структуры диких хомячков Нью-Йорка. (...)

У белоногого хомячка большие черные глазки-бусинки и серо-коричневая шубка, а брюшко и лапки белые. «Это не домовая мышь, которая бегает у вас по квартире. Это аборигенный вид, и он жил здесь задолго до прихода людей», — напоминает Манши-Саут. (...)

«Комар лондонского метро»: как города влияют на животных и насекомых

Фото: Globallookpress.com

Белоногие хомячки никогда не покидают свой парк: перебегать с места на место они согласны только под покровом растительности, а между парками нет подходящих тропинок. Впрочем, им и так вполне неплохо живется — особенно в маленьких парках, где не водятся совы, лисы и другие хищники. (...)

В парках Нью-Йорка полно белоногих хомячков, и так было примерно с конца XIX века — с тех пор, как эти парки оказались изолированы в ходе строительства города. Расставив в четырнадцати городских парках мышеловки-клетки и заманив туда птичьим кормом несколько сотен особей, Манши-Саут и его студенты выяснили, что за эти 120 лет хомячки успели обзавестись своей, уникальной для каждого парка ДНК.

Как показали тесты, практически в каждом парке, даже в соседствующих, у популяции был свой профиль генной экспрессии. В природе такое встречается только в гораздо более удаленных друг от друга популяциях — например, обитающих в разных штатах. «Если бы нам дали белоногого хомячка и не сказали, откуда он, то мы смогли бы определить, из какого он парка, — поясняет Манши-Саут. — Вот насколько они стали разными».

Белоногие хомячки в парках Нью-Йорка, рыжие рыси в окрестностях Лос-Анджелеса и попугаи в Париже указывают на сильную фрагментированность городской среды — такую сильную, что генофонды городских популяций делятся на множество крошечных лоскутков.

Оно и неудивительно: в мире проложено более 35 миллионов километров асфальтированных дорог, а пятая часть поверхности суши покрыта ими настолько плотно, что и полутора квадратных километров не найдется без дорог. Генофонды делят на части не только магистрали и железнодорожные пути, но и пешеходные дорожки со всем их трафиком, а также стоящие вдоль них здания.

Все это не дает животным и растениям — а значит, и их генам — перебраться на другую сторону.

Какие-то виды обустраиваются в вышеописанной инфраструктуре — те же подвальные комары, о которых я писал в предисловии, образуют отдельные популяции на каждой ветке метро. Или, например, пауки-сенокосцы Pholcus phalangioides, которых изучал в постройках пяти европейских городов Мартин Шэфер из Боннского университета. Он выяснил, что у пауков, живущих в разных комнатах одного здания, генофонд общий, а вот у обитателей разных зданий генофонды разные. Пауки переползают из комнаты в комнату, но из дома в дом не переселяются.

«Комар лондонского метро»: как города влияют на животных и насекомых

Фото: Hea-Sook Yoo Hyman / Globallookpress.com

Среди биологов бытует мнение, что такая фрагментация генофонда не способствует выживанию вида. Дело в том, что в небольших изолированных популяциях часто происходят близкородственные скрещивания, или инбридинг: если у родственника особи есть какое-либо генетическое нарушение, значит, скорее всего, оно есть и у самой особи, а при их спаривании будет и у потомства. Кроме того, генетическая изменчивость может сойти на нет из-за случайных событий. Если тот или иной вариант гена есть у пяти процентов особей в большой популяции, то речь может идти о сотнях особей — вряд ли все они погибнут, не успев произвести на свет детенышей. А вот если популяция маленькая, может случиться так, что все обладатели того самого генного варианта не оставят потомства и заберут его с собой в могилу.

Постепенное исчезновение генетической изменчивости в небольшой популяции называется дрейфом генов. Из-за дрейфа и инбридинга генетическое здоровье популяции ухудшается: учащаются случаи генетических заболеваний, популяция теряет способность адаптироваться к меняющимся условиям.

Именно поэтому борцы за охрану природы пытаются добиться создания экологических коридоров для связи животных, оказавшихся под угрозой исчезновения.

Многие виды попросту не выдерживают жизни в разделенной на части городской среде. Но пока они держатся на плаву, из-за хаотичности дрейфа и инбридинга каждая изолированная популяция получает собственный набор генов. Именно так исследователи узнают о генетической фрагментации в геномах рыжих рысей, ожереловых попугаев, белоногих хомячков и других видов, чьи генофонды больше не смешиваются.

Но не все виды с изолированными генофондами со временем вымирают, заявляет Манши-Саут. «Есть и другие виды, на которые мы не обращаем внимания — они просто есть, и все. Они меня и интересуют». К таким и относятся белоногие хомячки. Несмотря на то что профиль генной экспрессии в каждом парке у них свой, нет никаких признаков того, что хомячки страдают от последствий кровосмешения и дрейфа генов — напротив, они живут и процветают. «Полагаю, если популяции вида достигли относительно высокой плотности в разных частях города, ничего плохого с этим видом не случится».

Манши-Саут утверждает, что популяции хомячков в разных парках обязаны разными генетическими профилями не только инбридингу и дрейфу генов, но и так называемой локальной адаптации. В каждом парке обитает своя изолированная группа белоногих хомячков.

Поскольку из парка этим хомячкам никуда не деться, ничто не мешает им как следует приспособиться к существующим условиям.

Чтобы изучить этот занимательный вопрос подробнее, Манши-Саут и его студент Стивен Харрис взялись за новаторский генетический проект. Они наловили хомячков в нескольких парках Нью-Йорка и за пределами города.

«Комар лондонского метро»: как города влияют на животных и насекомых

Фото: Wikipedia

Нужно было изучить не несколько случайных маркеров в геноме, а целый ряд активных генов в органах грызунов. Увы, во имя городской науки пойманным хомячкам пришлось пожертвовать не только кончиком хвоста. Исследователи умертвили всех особей и вынули печень, головной мозг и половые железы, чтобы извлечь из них так называемую матричную РНК (мРНК) — ген копируется на нее перед тем, как клетка создает белок на основе генного кода. По извлеченным из организма мРНК можно понять, какие гены активно в нем используются, и определить точные последовательности их ДНК.

Из этого огромного количества генетической информации исследователи выбрали гены, которые различались между парками настолько сильно, что вряд ли это было обусловлено случайностью. В разных парках они, очевидно, эволюционировали в разных направлениях. Так, в Сентрал-парке у хомячков нашлись явные аномалии в гене AKR7. Этот ген отвечает за нейтрализацию афлатоксинов — ядовитых канцерогенных веществ. Плесень, которая их вырабатывает, растет на орехах и семенах.

Почему-то хомячки в Сентрал-парке подвержены воздействию этих веществ больше всего — возможно, дело в выбрасываемой там еде. Также у белоногих обитателей Сентрал-парка интересно выглядит ген FADS1, участвующий в переработке богатых жирами продуктов, — еще один признак того, что эволюция помогает этим грызунам переваривать типичную для данного места пищу.

У хомячков из других парков заметно отличались другие гены, в основном связанные с питанием или загрязнением окружающей среды. Некоторые выбранные гены имели отношение к иммунной системе. «Логично, — добавляет Манши-Саут. — В небольшой популяции болезни распространяются быстро».