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

Сейчас я впервые в этой книге описал изменение аминокислотной последовательности белка (а не нуклеотидной последовательности генетического переключателя), которое совершенно точно обуславливает различия между фенотипами животных. Белок MC1R может изменяться по той причине, что его активность влияет в основном на регуляцию синтеза пигмента, но не влияет на другие функции организма. Рецептор меланокор-тина-1 является членом семейства белков, состоящего из пяти рецепторов, которые выполняют специфические функции во многих физиологических процессах у млекопитающих и реагируют на сигналы определенного семейства гормонов. Эволюция пигментации без влияния на другие функции организма связана с эволюцией регуляции гена MC1R (то есть с его экспрессией в пигментных клетках), а также со структурой белка MC1R.

Мутации гена MC1R отвечают за меланизм и у других животных. У ягуарунди — более мелкого представителя семейства кошачьих, обитающего от юго-западных районов США до Южной Америки, — меланизм также связан с изменением белка MC1R, но в другом положении. Таким образом, у этих двух кошек драматические изменения окраски произошли в результате аминокислотных замен в одном и том же белке.

С мутациями гена MC1R связано и изменение окраски птиц. Например, на Карибских островах часто варе чается птица под названием банановый певун. У большинства певунов ярко-желтое оперение на грудке и белые полосы над глазами. Однако на островах Святого Винсента и на Гренаде обнаружены почти полностью черные певуны-меланисты (рис. 9.5). Это изменение окраски связано с заменой одной-единственной аминокислоты в последовательности белка MC1R. Интересно, что та же самая аминокислотная замена встречается у кур и домовых мышей. Таким образом, у диких кошек и у птиц независимые мутации одного и того же белка ответственны за сходные эволюционные изменения, а некоторые из этих изменений произошли также у одомашненных видов. Это означает, что эволюция может повторять саму себя на уровне изменений конкретных генов или даже конкретных аминокислот белковой последовательности.

Рис. 9.5. Меланизм у банановых певунов. Фотографии предоставлены Эндрю Макколом.

Несколько способов сделать мешотчатого прыгуна черным

Жизнь в пустынных областях юго-запада США требует от растений и животных, обитающих в этом регионе, умения приспосабливаться к разнообразным местным условиям. А значит, эта обширная зона может служить прекрасной лабораторией для изучения эволюционных адаптации.

В пустыне Пинакате на юго-западе Аризоны есть участки черной каменистои земли, покрытой застывшей лавой, возраст которой приближается к миллиону лет. Здесь, а также в других областях на юго-западе США обитает вид грызунов, называемых мешотчатыми прыгунами (Chaetodipus intermedius). В 1930-х годах натуралисты заметили, что мешотчатые прыгуны, обнаруженные на этих черных камнях, обычно меланисты, а те, что живут на светлом песке, имеют светлую окраску (рис. 9.6). Таким образом, корреляция между условиями обитания и окраской меха, по-видимому, является адаптацией, позволяющей скрыться от хищников, особенно сов. Хорошо документирован тот факт, что совы питаются этими мышами, и эксперименты показали, что они умеют различать светлых и темных мышей даже ночью (ясное небо в пустыне пропускает достаточное количество лунного света). Дополнительным подтверждением адаптивного значения окраски является одинаковое распределение темных и светлых мышей во многих участках этого региона.

Рис. 9.6. Связь между средой обитания и окраской меха мешотчатых прыгунов. Светлоокрашенные мыши обычно живут на светлой почве, а темные — на окаменевшей лаве, что позволяет им скрываться от хищников. Фотография предоставлена Майклом Нахманом; из статьи М. Nachman et al., PNAS100 (2003): 5268.