Любителям бабочек осталось лишь недоуменно чесать затылки, а в британских энтомологических журналах закипели жаркие споры. В качестве возможных причин назывались и колебания уровня влажности, и перемены в питании, и даже «сильное влияние окружающих объектов на самку» в период размножения – напомню, что гены и принцип их действия тогда еще не открыли. И вот в 1896 году знаменитый лепидоптеролог викторианской эпохи Джеймс Уильям Татт убедительно описал в своей книге «Британские мотыльки» понятие, нынче известное нам как индустриальный меланизм:
Посмотрим, выйдет ли у нас понять, как это началось! <…> В наших южных лесах стволы деревьев светлые, и потому у бабочки есть все шансы скрыться от преследователя. Но что произойдет, если светлокрылую пяденицу посадить на почерневший ствол? Она будет выделяться и сгинет в клюве первой же приметившей ее птицы. Однако у одних пядениц крылья чернее, чем у других. Путем нехитрых размышлений мы придем к занятному выводу: чем чернее у бабочки крылья, тем лучше она сольется с черным стволом дерева и тем сложнее будет ее заметить. Так оно и есть: светлых пядениц склевывают птицы, а темные сей участи избегают.
«Так оно и есть». Сегодня многие эволюционные биологи согласятся с объяснением индустриального меланизма, которое подробно изложил Татт и на которое прежде намекал Альберт Фарн. Из-за кислотных дождей погибли лишайники, от сажи почернели оголенные ветви, а потому пестрая окраска бабочек Biston betularia и Charissa obscurata и многих других насекомых сослужила им плохую службу. Новые и уже существующие темные мутанты, которые раньше ни за что бы не распространились, обрели преимущество – на темном фоне их стало хуже видно. А довершил все естественный отбор.
Впрочем, эту теорию приняли не сразу – ее история вышла пестрой, как крылья березовой пяденицы. Все-таки экспертного мнения уважаемого лепидоптеролога было мало. Чтобы объяснение Татта вошло в историю как первый случай эволюции в реальном времени, требовались доказательства.
Первым березовой пяденицей занялся специалист по математической биологии Джон Холдейн. В 1924 году он взял за основу период, за который темные пяденицы распространились по Манчестеру, – 50 лет – и рассчитал коэффициент отбора, то есть относительное преимущество темных бабочек по сравнению со светлыми. В результате вышло примерно 50 %: это значит, что на каждых двух светлых бабочек, не склеванных птицей и успешно размножившихся, приходилось три темных. Тогда многие коллеги Холдейна отрицали, что естественный отбор бывает настолько мощным. К тому же связь маскировки с птицами казалась им довольно сомнительной: никто не видел, как в природе птицы клюют пядениц. Чтобы дискуссия сдвинулась с мертвой точки, понадобилось еще тридцать лет.
1 июля 1953 года Хейзел Кеттлуэлл стала первой очевидицей того, как птица лакомится березовой пяденицей. Она наблюдала в бинокль за сидящей на стволе бабочкой в птичьем заповеднике Кэдбери, что в лесу неподалеку от задымленного Бирмингема. Вдруг из зарослей папоротника выпрыгнула лесная завирушка (Prunella modularis), склевала бабочку и вновь пропала из виду.
Это был знаменательный миг. Наконец-то удалось выяснить, что птицы действительно клюют березовых пядениц, сидящих на стволах деревьев, но и это еще не все. Дело в том, что произошло это в ходе одного из самых известных экспериментов в эволюционной биологии. Хейзел была супругой Бернарда Кеттлуэлла – врача и зоолога-самоучки, проводившего эксперименты на тему естественного отбора и индустриального меланизма по заказу Оксфордского университета. Наняли его не просто так: энергичный, умелый и сведущий в своем деле Кеттлуэлл был добрым другом Эдмунда Форда, основателя неофициальной оксфордской «школы экологической генетики». За долгие годы Форд наконец скопил достаточно денег, чтобы выманить Кеттлуэлла из добровольной ссылки в Южной Африке. Он был уверен, что лишь Кеттлуэллу удастся отыскать недостающие детали головоломки. Клюют ли птицы пядениц? Действительно ли они клюют больше пядениц, выделяющихся на фоне ствола? Настолько ли велика эта разница, чтобы способствовать эволюции окраски их крыльев?
Итак, почти весь 1952 год Кеттлуэлл с семьей прожили в трейлере в лесу Уайтем – он и по сей день принадлежит Оксфордскому университету. Там они собрали и бережно выходили около трех тысяч гусениц березовых пядениц, дождались, когда те окуклятся, и всю зиму проухаживали за отдыхающими куколками. В июне следующего года, незадолго до вылупления бабочек, Кеттлуэлл аккуратно завернул куколки в марлю и отвез их на своем «плимуте» в птичий заповедник Кэдбери.
Заповедник был выбран неслучайно. Поскольку он находился рядом с Бирмингемом, стволы деревьев там были покрыты толстым слоем угольной пыли. Хейзел и Бернард устроили у себя в трейлере полевую лабораторию. Им предстояло еще одиннадцать суток непрерывной работы. Они высаживали новорожденных пядениц на деревья, предварительно нанеся им на крылья индивидуальные отметки, а на ночь ставили два вида классических ловушек для бабочек – ртутные лампы и марлевые мешки с половозрелыми самками пядениц внутри (такие ловушки, конечно, привлекают только самцов). Кеттлуэллы ждали, что за эти одиннадцать суток светлокрылых пядениц склюют больше, чем темнокрылых, а значит, в ловушки попадет больше темнокрылых особей.
В один из этих дней Хейзел и увидела, как завирушка склевала пяденицу. На этом наблюдения не закончились: в последующие дни Кеттлуэллы еще несколько раз увидели, как березовыми пяденицами – и светлыми, и темными – лакомятся завирушки и зарянки. По вечерам они обходили лес и подсчитывали, сколько из выпущенных утром бабочек остались сидеть там, где сидели. На своем месте осталось 63 % темнокрылых пядениц и всего 46 % светлокрылых. Разница оказалась почти такой же, как предсказывал Холдейн. Согласно Кеттлуэллу, «птицы играют роль агентов отбора, как и обусловлено теорией эволюции». Так он написал в своей знаменитой статье «Эксперименты по отбору с учетом индустриального меланизма среди чешуекрылых» в 1955 году.
Ночные ловушки тоже стояли не зря. За одиннадцать суток Кеттлуэллы выпустили в сумме 630 светлых и темных самцов пядениц, и 149 из них попались в ловушки. Количество тех и других оказалось разным. В ловушках исследователи насчитали 13 % от выпущенных на волю светлых особей и в два с лишним раза больше темных – 28 %. Кто-то охотно ловил светлых пядениц и обращал меньше внимания на темных. Казалось бы, очевидно, что дело в птицах.
Спустя два года Кеттлуэлл провел еще один эксперимент – сделал отметки на крыльях примерно 800 пядениц и выпустил всех особей в лес в графстве Дорсет, куда еще не добралось загрязнение. Как он и ожидал, результаты оказались обратными. На чистых, поросших лишайником березовых стволах темные пяденицы резко выделялись, тогда как заметить светлых особей было намного сложнее. Разумеется, светлых пядениц выжило больше: в ловушки попалось 14 % особей, а темных – всего 5 %. В этот раз Кеттлуэлл привез с собой еще одного спутника – Нико Тинбергена, нидерландского специалиста по биологии поведения и будущего нобелевского лауреата, который уже тогда добился немалых успехов в изучении поведения птиц и одним из первых использовал киносъемку в полевых исследованиях. Пока Кеттлуэлл с упоением возился с мешками и лампами, Тинберген сидел в укрытии и снимал потрясающие кадры, на которых светлые и темные пяденицы одна за другой исчезали в клювах поползней, овсянок и мухоловок.
