Бесконечное число самых прекрасных форм. Новая наука эво-дево и эволюция царства животных

Тем не менее нет сомнений в том, что окраска животных играет важнейшую роль в их взаимодействии с соплеменниками и с представителями других видов. Поэтому эволюция окраски животных занимает важное место в эволюционной биологии, особенно в части примеров естественного и полового отбора. Чего в этих исследованиях всегда не хватало, так это информации о генетических основах и механизмах развития признаков. Однако теперь, благодаря достижениям молекулярной биологии и эво-дево, стали известны многие механизмы, определяющие различия между видами; в некоторых случаях нам даже известны конкретные замены в ДНК — "дымящиеся пистолеты" эволюции.

В этой главе я расскажу об эволюции лишь одного цвета — черного. Эволюция черной окраски тела или частей тела относится к числу наиболее частых изменений в природе. Я приведу примеры того, как черная окраска эволюционировала у ягуаров, птиц, мешотчатых прыгунов и нескольких одомашненных видов животных. В некоторых случаях нам известны и факторы естественного отбора, и молекулярные механизмы эволюции признака. Эта связь между формой, приспособленностью и генами животного позволяет закрыть главный пробел, существовавший в синтетической теории эволюции. Эти примеры можно смело причислить к новым "иконам" эволюции, добавив их к классическим березовым пяденицам и галапагосским вьюркам.

Я также расскажу о том, как новый подход, предложенный наукой эво-дево, позволяет ответить на вопросы, к которым нельзя было подступиться ранее. Вот некоторые из наиболее интересных: повторяется ли эволюция? Происходят ли одни и те же генетические изменения у разных видов животных? Существуют ли разные пути достижения одинаковых эволюционных адаптации?

Меланизм в природе

Меланизм — состояние, при котором отдельные особи или виды в целом отличаются преобладанием черной или темной окраски над всеми остальными цветами. Пигмент меланин — это смесь химических полимеров, существующих в разной форме и имеющих разные оттенки — от базового черного до коричневого, красноватого или желто-коричневого.

Меланизм широко распространен в царстве животных и хорошо изучен у насекомых (особенно у мотыльков и божьих коровок), земляных улиток, млекопитающих и птиц. Меланистическая окраска выполняет разные задачи, в том числе защищает от ультрафиолетового излучения, способствует терморегуляции (она часто встречается на больших высотах и помогает животным быстрее согреваться), обеспечивает защиту от хищников, играет свою роль при выборе полового партнера и т.д. Ввиду столь широкого спектра функций в каждом конкретном случае бывает трудно сказать, зачем понадобился меланизм.

Биолог Майкл Мейджерус отмечал, что в Великобритании около половины всех видов мотыльков имеют меланистические формы. Наиболее известный пример меланизма и естественного отбора — эволюция окраски березовой пяденицы (Biston betularia) в промышленных районах Англии и США в последние 150 лет. Этот мотылек имеет две четко различимые формы: белую с черными крапинками форму typica и практически полностью черную форму carbonaria; кроме того, существуют промежуточные варианты (рис. 9.2).

Рис. 9.2. Меланизм у березовой пяденицы. Светлого мотылька легко обнаружить на темном фоне (верхнее фото), а темного практически невозможно (фото посередине). Крапчатая форма незаметна на стволе, покрытом лишайником (нижнее фото). Фотографии предоставлены Тони Либертом и Полом Брейкфилдом, Университет Лейдена.

В загрязненных промышленных районах погибают лишайники, и стволы деревьев покрываются сажей. На темных стволах деревьев форма typica очень сильно выделяется, тогда как форма carbonaria практически не видна. Анализ распространения двух форм мотыльков, их поведения в природе и защищенности от птиц позволил сделать общий вывод о том, что соотношение двух форм в разное время и в разных регионах зависит от давления естественного отбора, осуществляемого насекомоядными птицами. Несмотря на некоторые критические замечания по поводу методологии исследования промышленного меланизма в прошлом, меланизм у березовой пяденицы считается классическим примером эволюции, которую можно наблюдать в реальном времени.