Естественный отбор

Тёмную форму берёзовой пяденицы впервые нашли в Британии в 1811 году, и за следующие 150 лет она распространилась по закопчённым лесам.

Берёзовая пяденица

Берёзовая пяденица, Biston betularia, днём сидит на стволах деревьев. До 1800-х годов большинство берёзовых пядениц в Британии были светлыми, в серо-белую крапинку; эту форму называют typica. В 1811 году в Британии впервые нашли тёмную форму, carbonaria. За следующие 150 лет тёмная форма быстро распространилась там, где фабричный дым зачернил деревья, а в чистой сельской местности по-прежнему чаще встречалась светлая форма. Опыты по скрещиванию показали, что окраска зависит от одного гена, у которого один аллель отвечает за светлую окраску, а другой за тёмную.

В 1950-х годах Бернард Кеттлуэлл проверил предположение, что отбор ведут птицы. Он пометил сотни светлых и тёмных бабочек, выпустил их в лесу и через два дня попытался снова поймать их световыми ловушками. В загрязнённых лесах вернулась большая доля тёмных бабочек, в чистых лесах большая доля светлых. Бабочек, которые сливались с фоном, съедали реже. Такое же потемнение животных в загрязнённых местах, которое называют индустриальным меланизмом, наблюдали и у других видов.

Как устроена лаборатория

В лаборатории придуманные жуки пяти оттенков, пронумерованных от 0 (бледный) до 4 (чёрный), сидят на коре одного из тех же пяти оттенков. В каждом поколении каждый жук выживает с вероятностью 1 − давление × (разница ÷ 4), где разница показывает, на сколько ступеней оттенка жук отличается от коры. При давлении 50 процентов на закопчённой коре (оттенок 4) у чёрного жука разница 0, и он всегда выживает, средний жук (оттенок 2) выживает в 1 − 0.5 × 2 ÷ 4 = 75 процентах случаев, а бледный жук в 50 процентах. Затем выжившие размножаются, пока жуков снова не станет 100. Каждый молодой жук получает оттенок родителя, но с вероятностью, равной частоте мутаций, оказывается на один оттенок светлее или темнее. Числа придуманы для обучения, но логика та же, что у бабочек.

Попробуй несколько запусков. При давлении 0 цвет не важен, и ничто никуда не толкает популяцию. При давлении 100 процентов и частоте мутаций 0 популяция, в которой нет жуков нужного оттенка, может дойти только до ближайшего из оттенков, которые у неё уже есть; отбор выбирает только из имеющейся изменчивости. Немного повысь частоту мутаций, и новые оттенки будут появляться снова и снова, так что популяция сможет шаг за шагом подбираться к цвету коры. Потом переключи кору с закопчённой на бледную и посмотри, как быстро популяция повернёт обратно.

Вьюрки и бактерии

На галапагосском острове Дафни-Майор Питер и Розмари Грант с коллегами год за годом измеряют вьюрков. Высота клюва у среднего земляного вьюрка различается и наследуется. После того как Эль-Ниньо принёс сильные дожди, мелких мягких семян стало много, а крупных твёрдых семян, которыми питаются птицы с большим клювом, стало мало. Птицы с маленьким клювом лучше выживали и размножались, и в следующие годы средний размер клюва в популяции уменьшился. Когда с 1987 года крупные семена вернулись, эта тенденция прекратилась. Клюв ни одной птицы за её жизнь не изменился; среднее значение изменилось из-за того, кто оставил потомство.

Бактерии показывают то же самое гораздо быстрее. При использовании антибиотика бактерии без гена устойчивости погибают, а немногие бактерии с этим геном выживают и делятся, и популяция становится устойчивой. Опыты показали, что антибиотик не вызывает мутации устойчивости; изменчивость уже существовала, часто с низкой частотой. У эволюции нет и цели. Признак, который подходит сегодня, завтра может стать проблемой, если окружающая среда изменится, а естественный отбор поддерживает только то, что работает там и тогда, где и когда организм на самом деле живёт. Важна и удача: идеально замаскированную бабочку всё равно может убить упавшая ветка. Отбор определяется средними значениями по многим особям.