Бабочка выглядит как готовый ответ природы на вопрос о красоте. Но стоит поставить рядом гусеницу, и красота превращается в биологическую головоломку.
Как вообще одно и то же животное сначала ползает по листу, ест почти без остановки, потом замирает в куколке, а затем выходит наружу с крыльями, усиками, абсолютно другим телом и другой жизненной задачей?
Вот этот вопрос, если говорить честно, гораздо интереснее открытки с бабочкой на цветке. И он тянется как минимум со времен Дарвина.
В дарвиновской крепости нашлась странная щель
Конечно, я мог бы написать, что вопрос о появлении бабочек не давал покоя Дарвину и не решен до сих пор. Но тут все же важно не перегибать палку.
Глупо утверждать, будто Дарвин «не мог объяснить происхождение бабочек» или что бабочки своим существованием опровергали его теорию. Так примитивно не стоит обесценивать эволюционную теорию.
Но в переписке ученого действительно есть занятный эпизод.
В 1879 году Эдуард Шульте писал Дарвину, что поддерживает его теорию, но сомневается, как с ней согласуется жизненный цикл бабочки.
В архивном описании письма так и сказано: Шульте считал метаморфоз бабочек несравнимым с превращением других насекомых и видел в этом трудность для дарвиновской картины происхождения видов..
Только не надо потирать руки в предвкушении, что кто-то «поймал Дарвина на ошибке».
Мнение Шульте звучит пронзительно, потому что очень точно выражает сомнение. В науке, если усомнился - сделал шаг в сторону открытия или объяснения.
И уж совершенно точно, Шульте смотрел не на узор крыльев, а на необъяснимый разрыв между двумя жизнями одного существа. Практически разных его форм.
Гусеница - создана для питания. Эдакая «машина, поглощающая листья».
Бабочка - создана для расселения и размножения.
А между ними - куколка, которая выглядит как пауза, но на деле похожа на мастерскую, где организм перестраивает сам себя.
Гусеница - не маленькая бабочка
Чтобы почувствовать странность, сравните бабочку с кузнечиком. Маленький кузнечик похож на взрослого, только меньше размером, без полноценных крыльев и половой зрелости. Малыш, как малыш. Он растет, линяет, постепенно достраивается во взрослую особь.
С бабочкой все иначе. Гусеница не выглядит как миниатюрная бабочка. Даже близко ее не напоминает!
Она не тренируется летать. Не носит маленькие крылышки за спиной. Она - ест. Ест так, будто весь смысл мира свелся к зеленому листу в челюстях.
Грубо говоря, гусеница - прожорливый комбайн на ножках.
А бабочка - летучая почта наследственности: найти партнера, выбрать растение для потомства, отложить яйца, передать эстафету. И питается, кстати сказать, она не тем же самым, что и гусеница. Чаще в ее рационе нектар растений. А у некоторых видов бабочки вообще ничего не едят, а срок их жизни настолько короток, что основная задача - быстро размножиться.
В любом случае, жизнь бабочек - это полное превращение, или голометаболия: есть личинка, куколка и взрослая форма.
Обзоры по эволюции метаморфоза описывают три крупных типа развития насекомых: без выраженного превращения, с неполным превращением и с резким полным превращением в конце цикла.
За эти переходы отвечают не магия и не «жизненная сила», а гормональные и генетические системы. Прежде всего линька, ювенильный гормон и регуляция стадий развития.
Но знать, как механизм работает сейчас, не то же самое, что знать, какой дорогой эволюция к нему пришла.
Версия первая: природа выпустила «недострой» наружу
Одна из самых понятных гипотез звучит почти дерзко: а что, если личинка у насекомых с полным превращением возникла как очень ранняя стадия развития, вынесенная наружу?
В старой формулировке это похоже на идею преждевременного выхода из яйца. Организм еще не похож на взрослую форму, но уже может делать главное: питаться, расти, копить ресурсы. Потом взрослая конструкция собирается позже, через куколку.
У Джеймса Трумана и Линн Риддифорд эта линия обсуждается через сравнение стадий развития.
Они предложили сопоставлять у предковых насекомых пронимфу, нимфу и взрослую стадию с личинкой, куколкой и взрослым насекомым у форм с полным превращением. В более позднем обзоре Труман пишет, что возникновение полного превращения связано с глубоким изменением развития эмбриона и переносом части взрослого развития на более поздний этап.
Чтобы не утонуть в терминах, в пример приведу сумчатых.
Кенгуренок рождается крошечным и незрелым, фактически эмбрионом, который ничего общего не имеет с понятным нам детенышем кенгуренком. Он сам добирается до сумки матери и там продолжает развитие.
Аналогично происходит и с коалами, опоссумами, тасманийским дьяволом и другими сумчатыми животными.
Это не метаморфоз, конечно. Кенгуру, коала, опоссум, сумчатая куница не превращаются в другое тело через куколку.
Но сам принцип раннего появления «недоделанного» организма в природе не выглядит фантастикой. У сумчатых рождение действительно переносит незрелого детеныша из матки во внешнюю среду сумки.
Считаю, что моя аналогия полезна. Она не объясняет происхождение бабочки напрямую, но помогает принять мысль: эволюция иногда выносит часть «строительства» наружу.
Версия вторая: одна жизнь для еды, другая - для полета
Есть и другой взгляд, более функциональный. Возможно, полный метаморфоз оказался настолько успешным потому, что разделил жизненные задачи биологического вида.
Личинка занимается ростом. Взрослая форма занимается размножением и расселением. Это как если бы природа развела кухню, склад и отдел доставки по разным этажам.
У бабочек это видно особенно хорошо. Гусеница может жить на листе кормового растения. Взрослая бабочка может пить нектар, искать пару, летать на другие участки и выбирать место для яиц.
И вот еще удивительная деталь: «дети» и «взрослые» практически не конкурируют за одну и ту же пищу, а каждая стадия «заточена» под свое дело.
Современные исследования уточняют: преимущества полного превращения понятны, но точные переходные шаги остаются спорными.
Одни биологи видят источник личинки в ранней эмбриональной стадии, другие подчеркивают перестройку нимфальных стадий и происхождение куколки.
В популярном пересказе это звучит просто, но внутри спора, который длится с 19 века, много тонких деталей.
И тут я бы не стал выбирать версию-победителя.
Наука все еще не выстроила стройную теоретическую лестницу: вот первая ступень, вот вторая, вот момент, когда обычное развитие стало бабочкиным.
Вклад российских ученых
Если говорить о наших исследованиях, лучше не притягивать их за уши к каждому модному слову. У российских биологов действительно есть сильная традиция изучения чешуекрылых и развития насекомых.
Зоологический институт РАН выпустил второе издание «Каталога чешуекрылых России»: там приведены 97 семейств, 2251 род и 9617 видов чешуекрылых, известных на территории России.
Это не ответ на вопрос о происхождении метаморфоза, но хороший масштаб: бабочки у нас не «дачные мотыльки для красоты», а огромный предмет системной энтомологии.
Есть и теоретическая линия. Российский энтомолог Николай Клюге из СПбГУ предложил подход кладоэндезиса и применял его к эволюции метаморфоза насекомых...
Это уже сложная профессиональная кухня, но для нашей темы важно одно: вопрос о том, как сопоставлять стадии развития разных насекомых, остается живым и в современной российской школе тоже.
Речь не о том, что «ученые ничего не знают». Наоборот - знают очень много.
Просто чем точнее инструменты, тем яснее видно, что простая схема не объясняет происхождение этой странной биографии.
Геномы подсказали родину бабочек, но куколку не отменили
Есть еще один слой, свежий и красивый.
В 2023 году группа Акито Кавахары построила крупную филогению дневных бабочек.
Ученые секвенировали 391 ген почти у 2300 видов и охватили около 92 процентов родов. Работа в журнале Nature Ecology & Evolution оценивает происхождение дневных бабочек примерно в 100 миллионов лет назад и реконструирует их древние связи с кормовыми растениями.
Это важный результат, скажу я вам.
Он помогает понять, где и когда формировалась большая история дневных бабочек. Но он не отменяет главный вопрос этой публикации: КАК как эволюция вообще пришла к жизненному циклу «гусеница, куколка, крылатая взрослая форма»?
Это разные этажи загадки. На одном этаже филогения и древняя география. На другом, происхождение самой архитектуры превращения.
Почему точка до сих пор не поставлена
Причин несколько.
Одна из первых: ископаемая летопись «плохо любит» мягкие стадии.
Крылышки, допустим, еще могут сохраниться в виде окаменелостей. Чешуйки иногда оставляют след.
Янтарь, опять же, бывает щедрым.
Но личинки, куколки и тонкие переходы развития редко выстраиваются перед нами в идеальную музейную цепочку.
Еще момент: метаморфоз это не одна деталь, которую можно «прикрутить» к организму. Это целая программа: гормоны, гены, сроки линек, ткани, зачатки крыльев, питание, поведение, защита от хищников.
Невозможно найти один единственный «ген бабочки» и торжественно закрыть дело.
Да и к тому же, реконструкция прошлого всегда слабее прямого наблюдения.
Мы можем изучать современных насекомых, сравнивать стадии, внедряться в гены, читать ископаемые подсказки.
Но организм, у которого впервые начал складываться полный метаморфоз, давно исчез. Он не выйдет к нам из лабораторного инкубатора и не покажет паспорт.
Поэтому бабочка остается не только символом красоты. Она еще и напоминание о том, что эволюция иногда решает задачу не улучшением одной формы, а разделением жизни на две разные роли. Или не о ролях все же речь, а о «недострое» ранней стадии?
Как думаете?