Чем же так прославилась пяденица и почему особенно яростно спорят об этом «любимом коньке» в последние 10 лет? 

История черной пяденицы: индустриальный меланизм

У типичной формы березовой пяденицы светлые крылья с темными пятнышками, форма carbonaria – темная, почти черная. Темная окраска – доминантный признак, за нее отвечает один ген.

В Англии до середины XIX века черные бабочки были очень редки, а уже к концу XIX века в промышленных районах почти полностью вытеснили светлых; в сельской местности по-прежнему было больше светлых бабочек. С конца 70-х годов XX века процент черных бабочек повсеместно стал снижаться и во многих районах за 30 лет упал с 90 до 10%.

Животных с черной окраской называют меланистами. Первое, что пришло в голову ученым, – связать рост числа бабочек-меланистов с промышленным загрязнением. Оно усиливалось в течение XIX века и достигло максимума к середине XX века. В 1952 г. в Лондоне от смога за один день умерло около 4000 человек. В 1958 г. был принят закон, вводивший штрафы за загрязнение атмосферы. Загрязненность воздуха в последующие 30 лет снижалась быстрыми темпами.

Карта распространения бабочек-меланистов в целом хорошо соответствовала карте загрязнений – где больше в воздухе сернистого газа, там больше меланистов. Aналогичный рост (а затем – снижение) процента меланистов наблюдали в популяциях не только пяденицы, но и еще более чем 70 видов ночных бабочек в Европе и в США. Данное явление получило название «индустриальный меланизм».

Объяснения индустриального меланизма: опыты Кеттлуэлла

Еще в XIX веке была выдвинута гипотеза, что черные бабочки получают преимущество в загрязненных районах благодаря лучшей маскировке. Из-за загрязнения гибнут лишайники, на фоне которых типичная форма незаметна для птиц. На фоне черных, покрытых копотью деревьев более незаметна черная форма. Действует естественный отбор – черные бабочки чаще выживают, их потомки постепенно вытесняют светлых.

Проверил эту гипотезу в 1950-е годы энтомолог Бернард Кеттлуэлл. Кеттлуэлл работал под руководством Эдмунда Форда – главы школы экологической генетики в Оксфорде. Он провел несколько весьма трудоемких опытов. Сначала он показал, что птицы чаще склевывают пядениц на контрастном (не соответствующем их окраске) фоне. Затем он выпускал меченых пядениц в лес в загрязненном и незагрязненном районах. Потом бабочек отлавливали, приманивая на свет. В загрязненном районе гораздо больше был «возврат» черных бабочек, а в незагрязненном – светлых.

Итак, птицы – главный фактор отбора, а преимущество черной окраски – лучшая маскировка на фоне закопченных, лишенных лишайников стволов. С этого времени пяденица попала на страницы учебников биологии как пример естественного отбора в действии и прочно там обосновалась. Но ее эпопея только начиналась...

Научная критика опытов Кеттлуэлла

Кеттлуэлла было за что критиковать. Например, он выпускал пядениц днем, хотя обычно они днем не летают, и бабочки могли «в спешке» выбирать неестественные места для посадки – стволы деревьев (а не ветви кроны). Он пытался доказать, что бабочки выбирают фон в соответствии со своей окраской: в лаборатории это подтвердилось, а в природе – вроде бы нет. Много было и других неясностей.

Кроме этой критики предлагались и другие объяснения индустриального меланизма. Так, предполагалась прямая связь меланизма с высокой устойчивостью к загрязнению. Для некоторых насекомых она была продемонстрирована, но не для пяденицы. Для некоторых бабочек была установлена связь между меланизмом и способностью быстрее повышать температуру тела – но это не объясняло географического распространения черной формы пяденицы.

Однако накапливались и данные, полученные в независимых исследованиях и в целом подтверждающие правоту Кеттлуэлла. Бабочка спокойно жила на страницах учебников, а дискуссии в основном велись в академических кругах.

Как пишет М. Маджерас, глава группы экологической генетики Кембриджа и один из лучших знатоков березовой пяденицы, ее «звездный час» настал в 1996 г.: газета The New York Times, сообщая о результатах изучения пяденицы по обе стороны Атлантики, поместила ее фотографию на первую полосу своего научного раздела. Но триумф длился недолго, и причиной тому невольно оказался сам Маджерас!

Крушение мифа

В 1998 г. Маджерас опубликовал книгу «Меланизм: эволюция в действии». Подтверждая правоту Кеттлуэлла, Маджерас в то же время честно «разобрал по косточкам» все недостатки его экспериментов.

В том же году в журнале Nature вышел обзор этой книги с заголовком «Не черно-белое». Автор, Д. Койн, справедливо отмечал, что история вовсе не так проста, как она выглядит в изложении учебников. Но многие увидели в обзоре опровержение Кеттлуэлла. Широкую известность приобрела фраза «[Когда я прочитал эту книгу], мое уныние было таким же, как когда я в 6 лет узнал, что подарки на Рождество приносит не Санта-Клаус, а мой папа». Множество креационистских сайтов вскоре уже ссылались на Койна как на «информированного ученого», разоблачившего «фальшивку дарвинистов». Креационист Джонатан Уэльс, ссылаясь на то, что пяденицы не отдыхают на стволах деревьев, называл подделками фотографии пядениц, размещенные в учебниках, и требовал перестать обманывать учеников.

Этим дело не кончилось. В 2002 г. вышла книга Д. Хупер под названием «О бабочках и людях: интрига, трагедия и березовая пяденица». Книга была написана в духе психологического детектива. Хупер обвинила Кеттлуэлла в прямом мошенничестве. По ее мнению, процент повторного отлова бабочек резко возрос после того, как Кеттлуэлл получил письмо от своего шефа, Форда, в котором тот сетовал на нечеткие результаты опыта. Значит, Кеттлуэлл изменил что-то в опыте по его ходу!

Креационисты почуяли кровь – Интернет запестрел заголовками вроде «Ваш учебник: можно ли ему доверять», «Фальшивка учебников: березовая пяденица» и т.п. Одно из таких разоблачений размещено в Сети в виде фильма, где соответствующий текст читает симпатичная девушка с убедительной жестикуляцией.

Возрождение пяденицы

Тут уж взялись за оружие и защитники пяденицы. Американский энтомолог Брюс Грант написал в журнале Science рецензию на книгу Хупер под заголовком «Прокисшие гроздья гнева». Брайан Кларк в журнале Heredity написал статью под названием «Искусство инсинуации». Койн встал на баррикады на сторону дарвинистов и написал (все в том же Nature) отзыв под названием «Эволюция под прессом», где называет версию Хупер «конспирологической».

И для этого есть основания. Так, при ближайшем рассмотрении выяснилось, что письмо от Форда Кеттлуэлл получил не до, а после того как в его результатах произошел «перелом».

Но под совсем другими названиями вышли рецензии в газетах – «Дарвинизм в зоне риска» (Guardian) и «Большие уроки маленькой пяденицы» (Los Angeles Times). Авторы газетных статей, увы, в целом поверили Хупер...

Лучший ответ на книгу Хупер дали два ученых – физик Мэтт Янг и уже знакомый нам Михаэль Маджерас.

Янг в своей интернет-публикации «Лунный свет: почему березовая пяденица остается иллюстрацией эволюции» (в заголовке игра слов – moonshine означает, кроме лунного света, пустую болтовню, вздор) доказывает с помощью статистических методов, что число повторно отловленных бабочек в опытах Кеттлуэлла в целом было просто пропорционально числу выпущенных, а колебания могли быть как следствием случайных причин, так и следствием изменения фазы луны (из-за этого могло меняться число бабочек, попавших в световые ловушки).

М. Маджерас поступил более радикально. Чуть ли не ежедневно в 2000–2007 гг. он наблюдал в телескоп за поведением пядениц, изучил, где отдыхают пяденицы и едят ли их там птицы. (Вопреки утверждениям критиков дарвинизма выяснилось, что пяденицы иногда сидят на стволах, хотя предпочитают все же ветви или места их соединения со стволом.) Птицы могут видеть ультрафиолет, и критики утверждали, что это может опровергнуть выводы Кеттлуэлла. Маджерас проверил, как выглядят пяденицы в ультрафиолетовом свете, и доказал, что их окраска на соответствующем фоне обычно остается маскирующей. Маджерас также изучил охоту летучих мышей и доказал, что они выедают пядениц неизбирательно, независимо от цвета. В целом все данные Маджераса подтверждали выводы Кеттлуэлла.

Пяденица и эволюция: к чему же мы пришли?

Обратимые изменения частоты встречаемости разных форм – это не эволюция, черные пяденицы не превратились в новый вид. Это тоже можно прочитать на сайтах креационистов. Так чего тут ломать копья?

Длительные, направленные изменения частот генов в популяции – предпосылка многих эволюционных процессов. Черная форма быстро (всего за 50 поколений!) вытеснила белую в результате естественного отбора – это для ученых неоспоримый факт. У пяденицы эти изменения оказались обратимыми (возможно – только частично, так как черные бабочки стали чернее, чем сто лет назад), а их молекулярная основа неизвестна до сих пор. Сейчас многие другие примеры действия отбора изучены лучше. Например, у одного из дарвиновых вьюрков – еще более быстрые изменения длины клюва при смене состава пищи оказались необратимыми, лучше изучена их молекулярная основа. Но пяденица осталась в учебниках как пример более наглядный – и это нормально.

Большие уроки маленькой пяденицы

Уроки для ученых

Даже занимаясь бабочками в лесу, можно оказаться в центре грандиозного скандала, особенно если ты пишешь книги или выступаешь в прессе. Этого, конечно, не избежать. Но стоит высказывать свое мнение как можно аккуратнее и однозначнее, чтобы твои слова не могли истолковать двояко. Иначе потом приходится долго оправдываться. 

Уроки для журналистов

– Из полфунта икры в течение трех дней вылупляется такое количество головастиков, что их нет никакой возможности сосчитать, – ревел невидимка в рупоре.

– Ту-ту, – глухо кричали автомобили на Моховой.
– Го-го-го... Ишь ты, го-го-го, – шуршала толпа, задирая головы...
М. Булгаков,
«Роковые яйца»

Какие уж тут уроки... А если кроме шуток – правильно бьет тревогу фонд «Династия», пытаясь возродить научную журналистику и научно-популярную литературу. Журналистов надо учить писать статьи про науку!

Уроки для тех, кто хочет посвятить себя науке

Наука может быть полностью черной, если данные подделаны или эксперимент проведен недобросовестно. Но она не бывает полностью белой, как и березовая пяденица. И в научной работе «черных пятен» – неудач, провалившихся планов полевых исследований, запоротых опытов, нападок (справедливых или несправедливых) друзей и конкурентов – гораздо больше, чем у «белой» формы пяденицы. Свои «любимые гипотезы», как пишет К. Лоренц, бывает полезно для физзарядки выбрасывать по утрам в окошко. Но с «особо любимыми» можно прожить всю жизнь, веря в них и проверяя все новыми опытами, – и это прекрасно!

Уроки для учителей

Может быть, самый важный вопрос: так что же говорить про березовую пяденицу детям в школе? Проблема в том, что за 45 минут урока нужно рассказать еще про покровительственную форму, предупреждающую окраску, мимикрию... А дети сидят в Интернете. Из первых двух страниц ссылок на запрос «березовая пяденица эволюция» большинство – креационистские и религиозные сайты, отвергающие эволюцию как таковую. Так что альтернатива «пяденице» – откровенное мракобесие. И для будущего наших детей и нашей страны это весьма небезобидно.

Как «преподавать пяденицу» и в целом теорию эволюции в школе – тема для отдельной статьи. Учителей этому тоже надо учить. Но главный совет ясен. Не жалея времени, обсудите на уроке эту историю, поставьте перед детьми проблемы, которые они будут вместе с вами решать. И тогда вместо скучного «ученые установили, что…» дети увидят захватывающую картину развития научной мысли.

Благодарности

Автор благодарит А.Ю. Панчина, М.Б. Беркинблита и Е.А. Мусаткину, которые внимательно прочитали статью и сделали ряд ценных замечаний.

Сергей Глаголев

Новая газета