https://frosthead.com

Evolucija v črno-belem

Teddy Roosevelt je kmalu po tem, ko je leta 1909 opravil svoj drugi mandat predsednika, pod okriljem Smithsonian Institution prevzel celoletni lovski safari v Afriki. Številne Rooseveltove trofeje so se razstavile kot eksponati v Smithsonianovem in ameriškem prirodoslovnem muzeju v New Yorku. Rooseveltove izkušnje s safariji, ki jih je opisal v svoji knjigi Afriške igre (1910), so mu močno predstavile, kako se živali mešajo ali ne mešajo z okolico:

„Črna in bela sta ponavadi najbolj opazne barve v naravi (vendar jo nosijo številna bitja, ki jim je uspelo v boju za življenje); vendar skoraj vsak odtenek ... se vsaj dobro uskladi z vsaj nekaterimi pokrajinami, in le v nekaj primerih med večjimi sesalci in skoraj v nobenem med tistimi, ki pogostijo na odprtih ravnicah, obstaja najmanjši razlog za domnevo, da bitje pridobi kakršno koli koristi ne glede na tisto, kar se mu ohlapno reče "zaščitna barva."

Roosevelt se je iz dveh razlogov norčeval v predstavo o zaščitni vrednosti obarvanosti. Najprej je imel dodatni lovski konjski igralec malo težav z opazovanjem, zalezovanjem in vmetavanjem velike divjadi; njegova lovska zabava je ustrelila več kot 500 sesalcev. Jasno živalske barve jih niso zaščitile pred njim . In drugič, medtem ko so znanstveniki (in Roosevelt) v času dejstva evolucije široko sprejeli, Darwinova razlaga primarne vloge naravne selekcije kot mehanizma evolucije ni bila. Naravni selekciji ni bilo naklonjeno, zlasti zaradi barvanja živali. Številni naravoslovci so v devetdesetih letih prejšnjega stoletja očitali, da so Darwinova pojasnila o obarvanosti povsem brez dokazov, in ponudili druga pojasnila. Nekateri na primer nakazujejo, da so obarvanost neposredno povzročili zunanji dejavniki, kot so podnebje, svetloba ali prehrana.

Te alternativne ideje so kmalu prekinile nastanek znanosti o genetiki in dokazovanje z razmnoževalnimi poskusi (kakršni so sprva izvajali Gregor Mendel), da je obarvanost dedna lastnost rastlin in živali. Toda do zadnjih nekaj let nismo vedeli, kako geni določajo obarvanost živali ali kako variacije v genih vplivajo na spreminjanje obarvanosti v naravi. Novo razumevanje, kako nastajajo živalske barve, še posebej preprosti črno-beli vzorci, ter terenske študije o prednostih in pomanjkljivostih barvnih shem v različnih habitatih zdaj ponujajo nekaj najboljših primerov, kako delujeta naravna selekcija in evolucija.

Eden najbolj razširjenih pojavov v živalskem kraljestvu je pojavljanje temno pigmentiranih sort znotraj vrst. Vse vrste moljev, hroščev, metuljev, kač, kuščarjev in ptic imajo oblike, ki so vse ali večinoma črne. Morda so najbolj znane temno velike mačke, kot sta črni leopard in črni jaguar. Te čudovite živali so v živalskih vrtovih pogosto prikazane kot radovednosti, v naravi pa se pojavljajo tudi v velikem številu.

Vse te tako imenovane "melaninske" oblike so posledica povečane proizvodnje pigmenta melanina v koži, krznu, luskah ali perju. Melanska pigmentacija lahko igra številne vloge. Melanin nas in druge živali ščiti pred ultravijoličnimi žarki sonca; lahko pomaga živalim v hladnejšem podnebju ali večji nadmorski višini hitreje ogreti svoje telo, v nasprotju z Rooseveltovo skepticizmom glede zaščitne obarvanosti pa črni pigment nekatere živali skriva pred plenilci.

V puščavah na jugozahodu Združenih držav Amerike so na primer obrobja zelo temnih kamnin, ki so jih ustvarili tokovi lave v zadnjih dveh milijonih let. Med temi skalami živi kamnita žepna miška, ki se pojavlja v temno črni in svetlo peščeni barvi. Naravoslovci v tridesetih letih prejšnjega stoletja opažajo, da so miške, ki jih najdemo na skalah lave, običajno melanske, medtem ko so tiste na okoliških peščenih granitnih skalah običajno svetle barve. To barvno ujemanje med barvo krzna in habitatnim ozadjem se zdi prilagoditev plenilcem, zlasti sovam. Miške, ki se barvno ujemajo s svojo okolico, imajo prednost pri preživetju pred neusklajenimi mišmi v vsakem od obeh habitatov.

Ročna žepna miška je na voljo v dveh barvah, temni in svetli. Temne se dobro mešajo s skalami lave (zgoraj desno), lahke pa so kamuflirane proti peščenjaku (zgoraj levo). Miševe, nameščene v "napačnem" okolju, plenilci zlahka vidijo. (Dr. Michael Nachman) Črni jaguarji, kot mladič na levi strani, imajo mutacijo, zaradi katere proizvajajo več pigmenta melanina kot opaženi jaguarji. (Daniel Karmann / dpa / Corbis) Nekateri kuščarji kuščarji (ti so iz rodu Aspidoscelis) so temnejši kot običajno, zahvaljujoč mutaciji, podobni mutaciji v temnih jaguarjih ali črnih ovcah. (Dr. Erica Bree Rosenblum) Manjši brezročni kuščarji so v dveh barvah, odvisno od tega, v kateri različici dedujejo gen, ki vpliva na proizvodnjo melanina. (Dr. Erica Bree Rosenblum) Kuščarji iz rodu Sceloporous so različnih barv, deloma so odvisni od tega, kakšno različico nosijo melaninski gen. (Dr. Erica Bree Rosenblum) Habitat žepnih mišjih kamnin je na voljo v dveh barvah: temni kamen lave in lahki peščenjak. (Dr. Michael Nachman) Kjer živijo žepki miši v temnem kamnu lave, je večja verjetnost, da bodo imeli mutacijo, zaradi katere proizvajajo več melanina in imajo temno obarvan plašč. (Dr. Michael Nachman)

Pred kratkim sta se Michael Nachman in njegovi sodelavci na univerzi v Arizoni lotili podrobnih terenskih in genetskih raziskav miških kamnitih žepov. Ugotovili so, da se miši križajo z miši iz drugih habitatov in se selijo med vrste skal. Miše so očitno ena vrsta, ne dve. Kaj torej naredi krzno črno ali svetlo? Le nekaj razlik v kodi posameznega gena. Ta preprosta osnova za dedovanje pomeni, da se je nastanek črnih miši svetlih barvnih staršev zgodil v samo enem ali zelo majhnem številu mutacijskih korakov. Toda za miši, ki so napadale prej tuj habitat črnih kamnin lave, so bili ti majhni genetski koraki velikanski preskok v smislu evolucije. Nachman in Hopi Hoekstra (zdaj na univerzi Harvard) sta ocenila, da imajo temne miši približno 60 odstotkov ali večjo prednost pred preživetimi miši pred temnimi skalami lave. Z drugimi besedami, barva krzna pri tej vrsti je očitno pod zelo močno naravno selekcijo.

Gen, ki sodeluje pri nastanku melanizma, pri mišjih kamnitih žepih se imenuje receptor melanokortizma 1 ali MC1R ali kratek. To ni zelo zanimiv podatek, dokler vam ne povem, da so melaninske oblike jaguarjev, snežnih gosi, arktične lisice, vilinske olupke, banaki, tamarini zlatega leva, arktična skua, dve vrsti kuščarjev in domačih krav, ovc in piščance povzročajo mutacije v tem istem istem genu. Pri nekaterih vrstah so se iste izvorne mutacije pojavile neodvisno v izvoru njihovih temnih oblik. Ta odkritja razkrivajo, da evolucija melanizma ni neka neverjetno redka nesreča, temveč običajen ponovljiv postopek. Evolucija se lahko in res ponovi.

Melanizem ni samo stvar prikrivanja. Manjša snežna gosja se pojavlja tudi v dveh oblikah, beli in melaninski "modri" obliki. Pri tej vrsti prednost parjenja posameznikov sledi barvni shemi njihovih staršev. Očitno se mlade ptice naučijo barve svojih staršev in izbirajo sorodnike po družinskih poteh - ptice iz modrih družin raje modre prijatelje in ptice iz belih družin raje bele prijatelje. Preferenc parjenja med arktičnimi skušnjami ima dodaten zasuk, saj samice na splošno raje temnejše samce. Obe vrsti ptic se razvijata v okviru spolne izbire, postopek, ki ga je najprej opisal tudi Darwin, in v katerem se daje prednost prednostim pri paritvi. Ker ima spolni izbor tako močan učinek na uspeh parjenja, je v naravi zelo močna oblika selekcije.

Druga pogosta oblika obarvanja živali je pomanjkanje pigmentacije ali albinizma. To stanje pogosto opazimo pri naravnih populacijah jamskih živali, vključno z ribami, raki, žuželkami, pajki in drugimi vrstami. Šteje se, da pogost pojav albinizma pri jamskih živalih predstavlja naravno stran evolucije pri naravni selekciji. To pomeni, da je naravna ali spolna izbira na barvi in ​​vzorcu pigmenta sproščena, ali pa je malo. Mutacije, ki odpravljajo pigmentacijo in bi bile na splošno škodljive za živali v drugih habitatih, se prenašajo v temi teh jam.

Zdi se, da ima tudi albinizem preprosto genetsko osnovo, zaradi katere se je »enostavno« razvijati. Pred kratkim sta Meredith Protas in Cliff Tabin z Harvard Medical School, Bill Jeffery z univerze v Marylandu in njuni sodelavci v mehiški slepi jamarski ribiči narisali genetsko podlago albinizma. Te albino ribe najdemo v približno 30 jamah na območju Sierra de El Abra na severovzhodu Mehike. Vsaka populacija izvira iz pigmentirane, v celoti vidne oblike površinskega ali rečnega prebivališča. Raziskovalci so raziskali genetsko podlago albinizma pri populacijah iz jam Pachón in Molino in ugotovili, da je albinizem v vsaki populaciji povzročil mutacije istega pigmentacijskega gena, vendar različne specifične mutacije za vsak primer. Tudi tukaj se je pri teh ribah evolucija ponovila dvakrat v izvoru iste lastnosti. Poleg tega je specifični gen, ki ga mutirajo te ribe, isti gen, odgovoren za albinizem pri ljudeh, prašičih, miših in drugih vrstah rib.

Naravne zgodovine miških kamnitih žepov in jamskih rib kažejo, kako so se živali prilagodile novemu okolju; ne glede na to, kako so bili ti habitati nekdaj tuji. Te prikrite živali so zagotovile tudi konkretne povezave med specifičnimi geni, naravno selekcijo in evolucijo v naravi, ki jih biologi že dolgo iščejo. Čeprav niso tako veličastne kot divjadi iz afriške savane, te živali ponazarjajo večje lekcije, ki bi jih Roosevelt cenil in morda celo jamčili za svoj, čeprav majhen, trofejni primer za prikaz nenehnega napredka v razumevanju delovanja evolucije.

Avtor Bio:
Sean B. Carroll je evolucijski biolog z univerze v Wisconsinu. Njegova nova knjiga Izjemna bitja: Epske pustolovščine v iskanju izvora vrst (Houghton Mifflin Harcourt) kronizira izkušnje in odkritja neustrašnih naravoslovcev, ki so razvijali in izpopolnjevali teorijo evolucije.

Evolucija v črno-belem