Category: экология

thinking

Борщевик

1.
В школе нас гоняли на субботники, которые устраивали в саду Мандельштама, он же бывшая усадьба князей Голициных и Трубецких в Хамовниках. Сад был рядом со станцией метро. Мне он нравился старинным парком с цветниками и дорожками; еще там были зимний садик и зверинец с павлинами и осликом; князья понимали толк в такого рода делах.

У аллей был милый сердцу романтически-заброшенный вид, который полагалось иметь дворянскому гнезду по описаниям классиков литературы. Там неодолимо хотелось целоваться взасос с босоногою барышней-крестьянкой или клясться дружбе с соседом, вернувшимся из туманной Германии. Даже поэтически-физическое имя шло саду, хотя назван он был в честь неприметного райкомыча по кличке Одиссей. Даже это погоняло старого большевика звало и навевало грезы. Короче, я радовался этим субботникам, тем более, что в нашей школе субботники никогда не бывали по субботам.

2.
Как-то в конце мая мы копали там клумбу, в середине которой росло растение с мясистыми стеблями и широкими листьями. От его белых цветов шел дурманящий запах. Мой одноклассник стал нас убеждать, что это ревень, и будет здорово срезать такой стебель и пожевать. Мы помогли выдернуть стебель, но жевать не стали. Мои руки покрылись красной сыпью, а через день - гигантскими, набухшими сукровицей волдырями. Родители погнали меня в поликлинику, где распознали реакцию на борщевик. Несчастный, который его жевал, получил ожоги на губах и лице и угодил в больницу. Дурная болезнь, которую я подцепил от князей Трубецких, называется фитофотодерматит. Сок борщевика вызывает ожог, когда на кожу падает ультрафиолет.

3.
На листьях и стеблях борщевика большая концентрация фуранокумаринов: псоралена, ксантотоксина. Молекула по форме похожа на спаренные азотистые основания в ДНК. Она залезает между соседними парами таких оснований, предпочитая те, которые содержат тимин. Когда в молекулу попадает фотон, она циклически присоединятся к тимину одной такой пары с фурановой стороны, а когда в нее попадает второй фотон - к тимину другой пары, но уже с кумариновой стороны. Так она намертво соединяет две цепочки ДНК; клетке трудно починить подобный дефект - невозможно, если запасные копии тоже повреждены. Когда число поражений превышает некоторую критическую концентрацию, распознающая система запускает апоптоз: программируемую смерть. Но молекула работает еще более хитрым образом: если она залезает в ДНК, но по какой-то причине ей не получается попасть в подходящую пару, она отрывает электрон от одного из оснований. Радикал-анион выходит из ДНК и передает электрон кислороду. Апоптоз тогда запускается из-за накопления супероксидных радикалов. Если и это ей не удается (молекула вообще не попадает в ДНК), то ее долгоживущий триплет превращает кислород в синглетный кислород, который реагирует с липидами и запускает апоптоз. Куда бы молекула не попала в клетку, она ее повредит, был бы свет. Дьявольская штука, эти фуранокумарины. Несколько лет назад у меня начался псориаз; врачи предлагали пройти курс лечения фототерапии. Соединение, которое они используют, оказалось близким родственником фуранокумаринов из борщевика. Я вспомнил ожоги и отказался.

4.
Вчера я гулял по парку и заметил с дорожки несколько кустов борщевика. Я узнал его по запаху цветов и листьям; белые цветки были плотно усажены мушками. Мне стало жалко их, и я согнал их тростинкой, но глупые мушки прилетели обратно. Помня, как с меня сходили волдыри, я подивился, как мушки могут по нему ползать, что они - фильтруют ультрафиолет? Оказалось, на такого рода растениях живут насекомые, которые умеют перекусывать фурановые кольца, деактивируя соединение. Они так приспособились, что даже летят на запах фуранокумаринов, чтобы отложить на борщевике яйца. Их червячки с удовольствием грызут листья, на которые смотреть страшно. Для остальных насекомых это верный каюк.

Можно представить коэволюцию растений и мушек: одни вырабатывают псорален, другие учатся его уничтожать, и вот результат: как насекомые ели борщевик, так и едят, но теперь это узкие специалисты, а растение тратит немалые ресурсы, чтобы напитать листья ядом, который в перекусанном виде становится любимым блюдом специалистов. Все, чего растение добилось - его не едят кто попало, а только любители. Стоит ли такой результат таких затрат?

5.
Посмотрел, что пишут по этому поводу. Пишут, что псоралены, возможно, предназначены не столько насекомым, сколько микроорганизмам, особенно грибкам. И тут же сообщают, что антимикробное действие у них слабое. Еще бы: если насекомые научились перекусывать фуранокумарины, микробы научатся и подавно. Для кого же старается борщевик?

Прочел так же, что псоралены вырабатывает не только борщевик, но другие растения, хотя и не в таком большом количестве. Например, сельдерей. Несколько лет назад начали выращивать "органический" сельдерей. Раньше его поливали пестицидами, а теперь предоставили самому себе. А насекомые-то не лыком шиты: пестицидами выкормлены, гербицидами поены. Съедят заживо. Итог ожидаемый: концентрация псоралена непрерывно растет, и случаев острой реакции на него становится больше. Со временем сельдерей научится накапливать столько псоралена, что есть его перестанут не только неспециализированные насекомые, но и люди; сельдерей станет другим "борщевиком". А вот, что пишет русская википедия:

...Молодая зелень некоторых растений этого рода (в основном, борщевика сибирского) использовалась для приготовления блюд, которые по этой причине назывались «борщ». В такие блюда, кроме борщевика, входили и овощи, а сам борщевик со временем почти перестал употребляться в пищу. С XVIII века «борщ» значит уже суп со свёклой, а само растение в литературном языке стало называться «борщевик».

Можно было бы догадаться, что если растение называется "борщевик", то оно должно иметь какую-то связь с борщом. Уж не произошло ли с борщевиком в старину то, что ныне происходит с органическим сельдереем? Дело там явно не в мушках с микробами, для которых фуранокумарины - тьфу. Им к нему приспособиться - самое милое дело. Тут желательно особенных зверей, крупных, чтоб у них были открытые кожные покровы да эволюция медленная. Особенно тех, что борщ наворачивают.

thinking

Лунки

При известной фантазии, насочинить правдоподобно выглядящих историй про адаптивную роль того или иного признака (особенно в прошлом) можно ВСЕГДА. Если какие-то факты повествованию противоречaт, можно сочинить другое, более затейливое, пока не возникает такое, которое либо почти невозможно опровергнуть, либо это занимает десятилетия упорного труда, на который (в отличие от сочинения подобного рода историй) нет охотников. В этом виде рассказ начинает входить в обиход, кочевать по учебникам, и уже зачастую предподносится как факт. Гулд метко называл такие рассказы evolutionary just-so stories. Такие рассказы, в целях риторического правдоподобия, следуют последней моде, и экологические объяснения, типа тех, что я произвел в предыдущем посту, ныне вышли из моды. Что было бы в моде сегодня? Какое-нибудь генетическое объяснение; хотя бы такое:

Объяснять лунку у яблока не надо. У розовоцветных существует общий для всех из них плеиотропический эффект: любая селекция, будь она искусственная или естественная, приводящая к увеличению плода, с высокой вероятностью приводит к возникновению лунки. Происходит это потому, что мутация, приводящая к нефункциональности какого-нибудь достаточно общего регулирующего/контролируещего механизма роста тканей, гораздо более вероятна, чем функциональное изменение гена, тонко регулирующее форму. Груша - пример последнего, она результат искусственной селекции по рецессивному признаку. Размер плода не важен: достаточно постулировать предка с меньшим размером и эволюционное давление на увеличение размера, по тысяче причин. На дикие груши такого давления не было, на некоторые из диких яблок - было. Культивируемые груши бывают с лунками (японские груши) или без (европейские и китайские). Вишни, абрикосы - туда же. И т. д.

Для яблок такого объяснения никто не давал (поэтому гуглить бесполезно), но для гораздо лучше исследованных помидоров - это б/м стандартная нынешняя история. Например, грушевидная форма помидоров - результат редкой мутации в одном гене (стоп кодон в неправильном месте). Как дефектный белок приводит к измененной форме, неизвестно. Признак рецессивный, его поддержание в природе маловероятно.
http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs001220051304#
http://www.pnas.org/content/99/20/13302.full

Очень большие помидоры - с лунками. Вероятно, никто не отбирал помидоры такие по форме, гнались за размером. Необходимые для такой формы мутации вовсе не редки, но они проявляются только начиная с определенного размера, а вот это уже контролируется достаточно редкой мутацией:

...First, selection for increased fruit size may have led to changes in fruit shape attributable to pleiotropy (e.g., a mutation that increases fruit size may inherently change fruit architecture). There is good supporting evidence for this hypothesis with regard to the mutations that have led to increased fruit size through increases in carpel/locule number. Similarly, mutations that affect fruit shape may have greater phenotypic effects in large-fruited versus small-fruited genetic backgrounds. Several lines of experimental evidence support this notion. For example, a highly significant correlation was found between fruit size and fruit shape, such that larger fruit displayed more extreme shapes than did their small-fruited counterparts. Additionally, a dominant allele of the fasciated locus (see below) manifests a very significant change in ovary shape when present in a large-fruited genotype but not in a small-fruited genotype. Also, QTL mapping studies have shown that wild tomato species occasionally contain genes/alleles that, when transferred into large-fruited genotypes, change fruit shape from round to elongated or block shapes, despite the fact that the wild species bear small, nearly perfectly round fruit. Thus, selection for larger fruit may have been causally related to increased phenotypic variation in fruit shape by (1) fruit size loci having pleiotropic effects on fruit shape and/or (2) increased fruit size enabling the phenotypic expression of “hidden” fruit shape alleles that have little or no visible effect on fruit shape in small-fruited backgrounds. http://www.plantcell.org/content/16/suppl_1/S181.full

Маленькие кругленькие помидорчики уже несут в себе "луночные" гены, но те проявляются фенотипически только тогда, когда помидоры дорастают до определенного размера. Верно ли это объяснение? Авторы благоразумно используют модальные глаголы. Выглядит правдоподобно, но если бы это не выглядело правдоподобно, такие объяснения бы не предлагались бы, так они отбираются по признаку убеждения читателей подобных объяснений.

Лучше ли это экологических объяснений? Трудно сказать. Как объяснение - пожалуй, нет, это по-прежнему just-so story. Как повод для выяснения, как генетически контролируется развитие и формa плода - неизмеримо лучше. Можно только приветствовать.

Но интересно другое: борьба за выживание и распространение подобного рода объяснений в точности повторяет сценарии, предлагаемые для объяснения того, что они объясняют. Все это задокументировано, и материал все растет и растет. Лет через 300-500 можно будет создать на этом материале убедительную и доказательную теорию возникновения признака убеждения в единственно правильном объяснении возникновения лунок у яблок!