Нельзя ли усовершенствовать трансформацию так, чтобы каждая особь принимала форму levana? Если принятие формы prorsa или levana зависит только от прямого влияния температуры или от продолжительности периода развития, должно быть возможно принудить куколок принимать ту или иную форму по желанию путем применения необходимых внешних условий. С Araschnia prorsa этого никогда не удавалось достичь. Как и в уже описанном эксперименте, и во всех последующих, отдельные экземпляры появлялись как неизмененная летняя форма, другие показывали признаки перехода, и лишь очень немногие изменились настолько полно, что их можно было принять за чистую levana. У некоторых видов подсемейства Pierinae, однако, по крайней мере в случае летнего выводка, напротив, происходила полная трансформация.
Большинство видов наших «белянок» (Pierinae) демонстрируют явление сезонного диморфизма, причем зимняя и летняя формы удивительно различны. У Pieris napi (с этим видом я экспериментировал главным образом) зимняя форма (рис. 10 и 11, табл. I) имеет напыление глубоких черных чешуек у основания крыльев на верхней стороне, в то время как кончики более серые и во всех случаях имеют гораздо меньше черного, чем в летней форме; на нижней стороне различие заключается главным образом в частой ширине и темно-зеленовато-черном опылении жилок задних крыльев у зимней формы, тогда как в летней форме эти зеленовато-черные жилки присутствуют лишь слабо.
Я поместил многочисленные экземпляры летнего выводка сразу после их превращения в куколки в холодильник (0°-1° R.), где оставил их на три месяца, перенеся в теплицу 11 сентября, и там (с 26 сентября по 3 октября) вышло шестьдесят бабочек, все из которых без исключения — и большинство в необычайно сильной степени — несли признаки зимней формы. Я, по крайней мере, никогда не наблюдал в естественном состоянии такого сильного желтого цвета на нижней стороне задних крыльев и такого глубокого черно-зеленого жилкования, как у этих экземпляров (см., например, рис. 10 и 11). Температура теплицы (12°-24° R.), однако, не вызвала выхода всех куколок; часть впала в диапаузу и произвела следующей весной бабочек только зимней формы. Таким образом, мне удалось с этим видом Pieris полностью изменить каждую особь летнего поколения в зимнюю форму.
Можно было ожидать, что того же результата можно будет легче достичь с A. levana, и были предприняты новые эксперименты, чтобы куколки могли оставаться в холодильнике полные два месяца с момента их трансформации (9–10 июля). Но результат был получен тот же, что и прежде — пятьдесят семь бабочек вышли в теплице14 с 19 сентября по 4 октября, почти все они приближались очень близко к зимней форме, без единого экземпляра, представляющего вид чистой levana, в то время как три были чистой летней формы (prorsa).
Таким образом, с levana не удалось путем охлаждения и замедления развития полностью изменить летнюю форму в зимнюю у всех особей. Можно, конечно, возразить, что период охлаждения был слишком коротким и что вместо того, чтобы оставлять куколок в холодильнике на два месяца, они должны были оставаться там шесть месяцев, то есть примерно столько же, сколько зимний выводок остается в естественных условиях в состоянии куколки. Силу этого последнего возражения необходимо признать, несмотря на маловероятность того, что желаемый эффект был бы произведен более длительным периодом холода, поскольку удвоение этого периода с четырех до восьми недель не произвело15 никакого решительного увеличения силы трансформации. Я не должен был упускать возможности повторить эксперимент в этой измененной форме, но, к сожалению, несмотря на все старания, я не смог собрать летом 1873 года достаточное количество гусениц. Но упущение, вызванное этим, имеет совершенно второстепенное значение с теоретической точки зрения.
Ибо предположим, что пропущенный эксперимент был выполнен — что куколки летнего выводка были задержаны в своем развитии холодом до следующей весны и что каждая особь тогда вышла в совершенной зимней форме, levana. Такой результат в связи с соответствующим экспериментом над Pieris napi оправдал бы заключение, что прямое действие определенного количества холода (или замедления развития) способно принудить всех куколок, из какого бы поколения они ни происходили, принять зимнюю форму вида. Из этого с необходимостью следовало бы обратное, а именно, что определенное количество тепла привело бы к производству летней формы, prorsa, причем было бы безразлично, из какого выводка происходили куколки, подвергнутые воздействию тепла. Но последнее заключение было экспериментально доказано как неверное, и, таким образом, первое падает вместе с ним, независимо от того, удался бы воображаемый эксперимент с prorsa или нет.
Я неоднократно пытался путем применения тепла изменить зимнюю форму в летнюю, но всегда с тем же отрицательным результатом. Невозможно принудить зимний выводок принять форму летнего поколения.
A. levana может производить не только два, но и три выводка в год и, следовательно, может быть названа полигоневтичной.16 Один зимний выводок чередуется с двумя летними выводками, первый из которых появляется в июле, а второй — в августе. Последний дает четвертое поколение куколок, которые после зимовки выходят в апреле как первый выводок бабочек в форме levana.
Я часто помещал куколок этого четвертого выводка в теплицу сразу после их трансформации, а в некоторых случаях даже во время стадии гусеницы, причем температура никогда не падала даже ночью ниже 12° R. и часто поднималась днем до 24° R. Результат был всегда один и тот же: все или почти все куколки впадали в диапаузу и выходили в следующем году в зимней форме как совершенно чистая levana, без каких-либо следов перехода к форме prorsa. Только однажды среди них была porima — случай, для которого, я верю, объяснение будет найдено позже. С другой стороны, часто случалось, что некоторые бабочки выходили осенью, примерно через четырнадцать дней после окукливания; и это всегда были prorsa (летняя форма), за исключением одного случая porima.
Из этих экспериментов стало ясно, что сходные причины (тепло) влияют на разные поколения A. levana по-разному. У обоих летних выводков высокая температура всегда вызывала появление prorsa, эта форма возникала лишь редко из третьего выводка (и тогда только у немногих особей), в то время как большее число сохраняло форму levana без изменений. Мы можем назначить причиной такого поведения то, что третий выводок не имеет дальнейшей тенденции к ускорению своего развития под действием тепла, но что при более длительной продолжительности куколочной стадии должна получиться форма levana. Однажды стадия куколки была значительно сокращена в этом выводке под длительным действием высокой температуры, у многих экземпляров период развития был таким образом сокращен с шести до трех месяцев. Предполагаемое объяснение, данное выше, однако, в действительности не является объяснением, а просто пересказом фактов. Вопрос остается, почему третий выводок в частности не имеет тенденции к ускорению своего развития под действием тепла, как это происходит с обоими предыдущими выводками?
Первый ответ, который можно дать на этот вопрос, заключается в том, что причина различного действия, производимого сходным агентом, может лежать только в конституции, т. е. в физической природе рассматриваемых выводков, а не во внешних влияниях, под воздействием которых они находятся. Теперь, в чем разница в физической природе этих соответствующих выводков? Совершенно очевидно, как показали уже описанные эксперименты, что холод и тепло не могут быть непосредственными причинами выхода куколки в форме prorsa или levana, так как последний выводок всегда дает начало форме levana, подвергается ли он воздействию холода или тепла. Только первый и второй выводки могут быть частично принуждены, более или менее полно, принять форму levana путем применения холода. В этих выводках, следовательно, низкая температура является опосредованной причиной трансформации в форму levana.
Ниже приводится мое объяснение фактов. Форма levana является исходным типом вида, а prorsa — вторичной формой, возникающей в результате постепенного воздействия летнего климата. Когда мы можем изменить многие экземпляры летнего выводка в зимнюю форму с помощью холода, это может зависеть только от реверсии к исходной, или предковой, форме, которая, по-видимому, наиболее легко вызывается холодом, то есть теми же внешними влияниями, которым исходная форма подвергалась в течение долгого периода времени и продолжение которых сохранило в зимних поколениях цвет и рисунок исходной формы до настоящего времени.
Я считаю, что возникновение prorsa из формы levana происходило примерно следующим образом: — Несомненно, что в течение дилювиального периода в Европе существовала так называемая «ледниковая эпоха», которая могла распространить поистине полярный климат на нашу умеренную зону; или, возможно, преобладала меньшая степень холода с увеличением атмосферных осадков. Во всяком случае, лето тогда было коротким и сравнительно холодным, и существующие бабочки могли давать только одно поколение в год; другими словами, они были моногоневтичными. В то время A. levana существовала только в форме levana.17 По мере того как климат постепенно становился теплее, должен был наступить период, когда лето длилось достаточно долго для интерполяции второго выводка. Куколки levana, которые до сих пор зимовали в течение долгой зимы, чтобы появиться бабочками следующим летом, теперь могли появиться на крыле в течение того же лета, в которое они покинули свои яйца как личинки, а яйца, отложенные последним выводком, давали личинок, которые питались и зимовали как куколки. Таким образом, установилось положение вещей, при котором первый выводок развивался в совершенно иных климатических условиях, чем второй. Столь значительное различие в цвете и рисунке между двумя формами, которое мы наблюдаем сейчас, не могло возникнуть внезапно, а должно было сделать это постепенно. Из предыдущих экспериментов очевидно, что форма prorsa не возникла внезапно. Если бы это было так, это означало бы просто, что каждая особь этого вида обладала способностью принимать две разные формы в зависимости от того, подвергалась ли она воздействию тепла или холода, точно так же, как лакмусовая бумага становится красной в кислотах и синей в щелочах. Эксперименты показали, однако, что это не так, а скорее, что последнее поколение несет в себе неискоренимую тенденцию принимать форму levana и не восприимчиво к влиянию тепла, как бы долго оно ни продолжалось; в то время как оба летних поколения, напротив, показывают решительную тенденцию принимать форму prorsa, хотя их, безусловно, можно заставить принять форму levana в разной степени путем длительного действия холода.
Заключение кажется мне неизбежным, что возникновение формы prorsa было постепенным — что те изменения, которые возникли в химии куколочной стадии и привели в конечном итоге к типу prorsa, происходили очень постепенно, поначалу, возможно, оставаясь полностью латентными в течение ряда поколений, затем появлялись очень незначительные изменения рисунка, и, наконец, после долгого периода времени был произведен полный тип prorsa. Мне кажется, что приведенные результаты экспериментов не только легко объясняются с точки зрения постепенного действия климата, но что этот взгляд является единственно допустимым. Действие климата лучше всего сравнимо с так называемым кумулятивным эффектом определенных лекарств на человеческое тело; первая малая доза не производит почти никакого заметного изменения, но если ее часто повторять, эффект становится кумулятивным, и происходит отравление.
Этот взгляд на действие климата вовсе не нов, большинство зоологов представляли его именно так; только формальное доказательство этого действия ново, и исследованные факты кажутся мне особенно важными как предоставляющие это доказательство. Я снова вернусь к этому взгляду при рассмотрении климатических разновидностей, и тогда окажется, что природа самой трансформации также подтверждает медленное действие климата.
В течение перехода от ледникового периода к нынешнему климату A. levana, таким образом, постепенно изменилась из моногоневтичного в дигоневтичный вид и в то же время стала постепенно более отчетливо диморфной, причем этот характер возник только через изменение летнего выводка, а первичная окраска и рисунок вида были сохранены без изменений зимним выводком. По мере того как лето становилось длиннее, можно было интерполировать третье поколение — вид стал полигоневтичным; и таким образом два летних поколения чередовались с одним зимним выводком.
Теперь мы должны спросить, находятся ли факты в полном соответствии с этой теорией — не противоречат ли они ей никогда — и могут ли они все быть объяснены ею. Я сразу заявлю в предвосхищении, что это так в полной мере.
Во-первых, теория легко объясняет, почему летние, но не зимние поколения способны к трансформации; последние не могут вернуться к форме prorsa, потому что она гораздо моложе. Когда, однако, случается, что из ста случаев происходит один, в котором куколка зимнего поколения, будучи принужденной теплом, подвергается трансформации до начала зимы и выходит в летней форме,18 это нисколько не необъяснимо. Это не может быть атавизмом, который определяет направление развития; но мы видим из такого случая, что изменения в первых двух поколениях уже произвели определенное изменение в третьем, которое проявляется в отдельных случаях при благоприятных условиях (влияние тепла) принятием формы prorsa; или, как это можно было бы выразить иначе, чередующаяся наследственность (о которой мы скажем далее), которая подразумевает способность принимать форму prorsa, остается латентной, как правило, в зимнем поколении, но становится непрерывной у отдельных особей.
Правда, у нас пока нет никакого понимания природы наследственности, и это сразу показывает дефектность предыдущего объяснения; но мы тем не менее знаем многие из ее внешних явлений. Мы знаем наверняка, что одно из них состоит в том факте, что особенности отца не появляются у сына, а у внука или еще дальше, и что они могут быть таким образом переданы в латентной форме. Представим себе признак, передаваемый таким образом, что он появляется в первом, третьем и пятом поколениях, оставаясь латентным в промежуточных; было бы не невероятно, согласно предыдущему опыту, что особенность должна исключительно, т. е. по неизвестной нам причине, появиться у отдельных особей второго или четвертого поколения. Но это полностью согласуется с теми случаями, в которых «исключительные» особи зимнего выводка принимали форму prorsa, с той лишь разницей, что здесь была очевидна причина (тепло), которая вызвала развитие латентных признаков, хотя мы не в состоянии сказать, каким образом тепло производит это действие. Эти исключения из правила, следовательно, не являются возражением против теории. Напротив, они дают нам намек на то, что после того, как было произведено одно поколение prorsa, постепенная интерполяция второго поколения prorsa могла быть облегчена существованием первого. Я не сомневаюсь, что даже в естественном состоянии отдельные особи prorsa иногда выходят в сентябре или октябре; и если бы наше лето было удлинено всего на один или два месяца, это могло бы дать начало третьему летнему выводку (точно так же, как второй сейчас является свершившимся фактом), при каковых обстоятельствах они не только вышли бы, но имели бы также время для спаривания и откладывания яиц, личинки из которых имели бы время вырасти.
Необходимо провести четкое различие между первым установлением новой климатической формы и переносом последней на вновь интерполированные поколения. Первое всегда происходит очень медленно; второе может произойти за более короткое время.
Что касается продолжительности времени, которое необходимо для производства новой формы под влиянием климата или для передачи последующему поколению уже установленной новой формы, возникают большие различия в зависимости от физической природы вида и особи. Эксперименты с prorsa, описанные выше, показывают, насколько разнообразны индивидуальные склонности в этом отношении. В эксперименте № 12 не удалось из семидесяти особей заменить prorsa на форму levana даже в одном единственном случае, или, другими словами, изменить чередующуюся наследственность на непрерывную; в то время как в соответствующих экспериментах прошлых лет (например, эксперимент 10) из равного числа куколок три вышли как prorsa, а одна как porima. Мы могли бы быть склонны искать причину такого разного поведения во внешних влияниях, но мы не пришли бы таким образом к объяснению фактов. Мы могли бы предположить, например, что многое зависело от конкретного периода куколочной стадии, в который началось действие повышенной температуры — на первый, тридцатый или сотый день после окукливания — и это предположение верно в той мере, что в двух последних случаях тепло не может иметь иного влияния, кроме как несколько ускорить выход бабочек, но не может изменить levana в форму prorsa. Я неоднократно подвергал большое количество куколок levana третьего поколения температуре квартиры или даже еще более высокой (26° R.) в течение зимы, но никаких prorsa получено не было.19
Но было бы ошибочно предполагать разницу в действии тепла в зависимости от того, началось ли оно на первый или третий день после трансформации; во время или до окукливания. Это лучше всего доказывается экспериментом № 12, в котором гусеницы четвертого поколения были помещены в теплицу за несколько дней до того, как они подверглись окукливанию; все же ни одна бабочка не приняла форму prorsa. Я также часто проводил обратный эксперимент и подвергал гусениц первого летнего выводка воздействию холода во время акта окукливания. Регулярным следствием была гибель гусениц, что неудивительно, так как чувствительность насекомых во время линьки хорошо известна, а трансформация в состояние куколки сопровождается гораздо более глубокими изменениями.
Дорфмейстер думал, что может заключить из своих экспериментов, что температура оказывает наибольшее влияние в первую очередь во время акта окукливания, а во вторую очередь — сразу после этого периода. Его эксперименты были проведены, однако, с таким малым числом экземпляров, что едва ли можно сделать какой-либо надежный вывод; все же этот вывод может быть верным в той мере, что все зависит от того, стремились ли с самого начала формообразовательные процессы в куколке к этому или тому направлению, конечным результатом которого является форма prorsa или levana. Если однажды появляется тенденция к одному или другому направлению, то температура может оказать ускоряющее или замедляющее влияние, но тенденция не может быть изменена далее.