Эволюция. Триумф идеи - Циммер Карл (электронные книги без регистрации TXT) 📗
ДДТ, бесспорно, спас множество жизней и уберег огромное количество урожая, но даже в первые годы его триумфального шествия некоторые ученые уже видели признаки беды. В 1946 г. шведские ученые обнаружили комнатную мушку, которую уже невозможно было убить при помощи ДДТ. Чуть позже комнатные мушки в других странах тоже приобрели резистентность к этому пестициду. Вскоре появились и другие виды, способные сопротивляться. Предупреждение Меландера полностью оправдалось. К 1992 г. резистентностью к ДДТ обзавелись более 500 видов, и их число все еще растет. Вначале, когда ДДТ только начал давать сбои, фермеры просто увеличили дозу; когда и это перестало помогать, переключились на более новые пестициды, такие как малатион; когда и он начал отказывать, занялись поисками еще более действенных средств.
Поход на вредителей с арсеналом из ДДТ и других аналогичных ядов закончился грандиозным поражением. В настоящее время только в США каждый год тратится более 2 млн тонн пестицидов. Это в 20 раз больше, чем в 1945 г., хотя новейшие пестициды гораздо более токсичны (иногда в 100 раз). Несмотря на это, доля урожая, которую человек теряет из-за насекомых, выросла с 7 до 13 % — в значительной степени потому, что увеличилась сопротивляемость насекомых.
Вообще, неудача ДДТ оказалась незапланированным — и весьма масштабным — эволюционным экспериментом, не менее убедительным, чем Дарвиновы вьюрки или гуппи Тринидада. Как указывали в 1964 г. Эрлих и Рейвен, растения сотни миллионов лет занимались изобретением и производством естественных пестицидов, а насекомые все это время коэволюционировали с ними и изобретали обходные пути. В последние несколько тысяч лет насекомым пришлось столкнуться с новыми — человеческими — ядами на привычных съедобных растениях, и насекомые поступили так, как поступали всегда: начали искать обходные пути и способы сопротивления. Коэволюция вступила в эру человечества.
Новый пестицид при первом опрыскивании убивает громадное большинство насекомых. Тем не менее некоторым насекомым везет, они не получают смертельной дозы яда и остаются в живых; кроме того, выживают носители каких-нибудь редких мутантных генов, которые — совершенно случайно — обеспечивают сопротивляемость к данному пестициду. Возможно, эти мутации уже возникали, и не раз, в истории вида, но в обычных обстоятельствах они лишь мешали своим носителям; насекомые с этими мутациями проигрывали в конкурентной борьбе, а потому мутации вновь исчезали из генома. При постоянном возникновении и исчезновении таких невыгодных мутаций складывается генетическое равновесие, при котором в любой момент в популяции присутствует несколько — очень немного — особей с мутантными генами. И в момент, когда на сцену выходит пестицид, носители мутантных генов внезапно обретают серьезнейшее преимущество перед собратьями и соперниками.
Сопротивляемость насекомых-мутантов может быть основана на самых разных факторах. Они могут появляться на свет с более толстым, чем обычно, слоем кутикулы на теле, и этот слой предохраняет их от действия химиката. Их клетки могут производить мутантный протеин, способный резать молекулы пестицида на кусочки. Наконец, они могут просто испытывать беспокойство при контакте с пестицидом и улетать прежде, чем успеют получить смертельную дозу.
После опрыскивания уцелевшие насекомые оказываются в привилегированном положении — у них практически нет конкурентов. Но этого мало. Они могут заодно освободиться от паразитов и хищников, ведь яд может подействовать и на них. Благодаря отсутствию конкуренции за пищу и врагов, которые могли бы сдерживать их численность, уцелевшие насекомые переживают всплеск численности. При спаривании резистентных особей друг с другом или с уцелевшими нерезистентными насекомыми мутантные гены быстро распространяются. Если опрыскивание проводится достаточно тщательно, нерезистентные формы могут исчезнуть практически полностью.
Пестициды — не лучшая замена коэволюции. Растения и насекомые способны с каждым поколением вырабатывать новые механизмы защиты и нападения, а ученым на разработку новых пестицидов требуются годы — и все это время сопротивляемость, которую обретают насекомые, требует серьезных вложений. Крестьяне вынуждены тратить на новые пестициды все больше денег. В отличие от естественных средств защиты, к которым растения приходят в процессе эволюции, пестициды иногда убивают не только вредителей, но и дождевых червей и других подземных обитателей, без которых невозможно формирование почвы из органического вещества. Некоторые пестициды убивают пчел и других опылителей. Пестициды сохраняются в природной среде многие годы и перемещаются на тысячи километров. Помимо всего прочего, они убивают и людей — непосредственно, через отравление сельскохозяйственных земель; кроме того, имеются тревожные — хотя и очень спорные — свидетельства связи между воздействием пестицидов и некоторыми типами рака.
Совсем недавно ученые предложили новое решение проблемы пестицидов в форме генетически модифицированных растений. К настоящему моменту 8 млн гектаров засеяно растениями, геном которых дополнен генами бактерий; эти гены позволяют растениям производить собственные пестициды. Бактерия Bacillus thuringiensis, у которой взяты гены, живет в почве и паразитирует на гусеницах бабочек и мотыльков. В. thuringiensis производит особый белок, который нарушает работу клеток пищеварительного тракта гусеницы и вызывает ее голодную смерть. В культуре эта бактерия (известная как Bt) содержится и используется с 1960-х гг., полученным биоинсектицидом опрыскивают все что угодно — от экологических ферм до лесов. Ее токсин безопасен для млекопитающих и быстро разлагается под действием солнечного света. Но если прежде бактерия использовалась отдельно, то теперь биохимики сумели внедрить гены Bt в геном различных сельскохозяйственных растений — хлопка, кукурузы и картофеля, — и теперь эти растения производят токсин Bt в собственных тканях. Насекомые, нападающие на трансгенные растения, получают дозу Bt и гибнут.
Агентство по охране окружающей среды надеется, что растения, производящие Bt, не станут очередной жертвой коэволюции. Вообще, если хлопковод засеет все свои поля трансгенными семенами, то насекомые, столкнувшись с огромными площадями ядовитых растений, вероятно, выработают метод защиты. Однако агентство требует, чтобы по крайней мере 20 % своих земель земледельцы засеивали обычными сортами. Эти участки станут убежищами для нерезистентных особей; при скрещивании их с отдельными резистентными насекомыми произойдет расщепление признаков, и гены резистентности не получат особого распространения.
Такой подход, естественно, требует сотрудничества со стороны земледельцев — ведь им приходится жертвовать частью урожая на полях, засеваемых обычными сортами растений. Можно рассчитывать лишь на то, что горький опыт общения с пестицидами удержит многих фермеров от излишеств и помешает им засадить трансгенными сортами все свои поля. Вообще, если этот метод борьбы с вредителями продержится сколько-нибудь долго, то лишь благодаря должному пониманию коэволюции. Но если сопротивляемость все же распространится в популяции, фермерам, возможно, придется покупать новые модифицированные сорта растений, которые будут производить новый токсин, — иными словами, пестицидная гонка сменится трансгенной.
Из коэволюции можно извлечь и другие уроки борьбы с вредителями. Так, насекомые были бы менее опасны, если бы фермеры перестали засеивать громадные площади монокультурой. Если выращивать одновременно разные растения, специализированным вредителям будет трудно набрать достаточный репродуктивный импульс для серьезной вспышки численности. Потребители тоже могут помочь. Покупая фрукты в супермаркете, вы, вероятно, выбираете только безупречные плоды и проходите мимо тех, на которых есть хоть малейшее пятнышко. Садоводы, естественно, знают об этом и принимают все возможные меры, чтобы поставлять идеальные плоды в супермаркеты. Необходимо помнить, что для этого им приходится применять пестициды в больших количествах — иначе просто не удается полностью обезопасить плоды от насекомых. На самом же деле слегка тронутый плод совершенно безопасен. Если бы потребители с большей охотой покупали неидеальные фрукты, садоводы могли бы в несколько раз снизить дозы пестицидов, и эволюционное давление на насекомых тоже ослабло бы.
