Вскоре после того, как он закончил свой второй срок в качестве президента в 1909 году, Тедди Рузвельт провел годичное охотничье сафари в Африке под эгидой Смитсоновского института. Многие из трофеев Рузвельта оказались экспонатами в Смитсоновском институте и Американском музее естественной истории в Нью-Йорке. Сафари-опыты Рузвельта, восхищенные в его книге « Африканские игровые тропы» (1910), дали ему твердое мнение о том, как животные смешивались или не смешивались с окружающей средой:
«Черный и белый обычно являются наиболее заметными цветами в природе (и все же их несут многочисленные существа, которые преуспели в борьбе за жизнь); но почти любой оттенок ... довольно хорошо сочетается, по крайней мере, с некоторыми ландшафтами, и лишь в нескольких случаях среди крупных млекопитающих, и почти ни в одном среди тех, кто часто посещает открытые равнины, есть хоть малейшая причина для предположения, что существо получает какой-либо извлекайте выгоду из того, что свободно называют его «защитной окраской».
Рузвельт издевался над представлениями о защитной ценности окраски по двум причинам. Во-первых, у экстраординарного конного охотника было мало проблем с поиском, преследованием и охотой на крупную дичь; его отряд охотился на более чем 500 млекопитающих. Очевидно, что цвета животных не защищали их от него . И во-вторых, в то время как в то время факт эволюции был широко принят учеными (и Рузвельтом), Дарвин объяснение первичной роли естественного отбора как механизма эволюции не было. Естественный отбор потерял популярность, особенно в отношении окраски животных. Многие натуралисты в 1890-х годах критиковали дарвиновские объяснения окраски как совершенно недостающие доказательства и предлагали другие объяснения. Например, некоторые предположили, что окраска была напрямую вызвана внешними факторами, такими как климат, свет или диета.
Эти альтернативные идеи были вскоре подавлены появлением науки о генетике и демонстрацией посредством экспериментов по селекции (таких, как те, которые первоначально были проведены Грегором Менделем), что окраска является унаследованным свойством растений и животных. Но до последних нескольких лет мы не знали, как гены определяют окраску животных или как различия в генах влияют на изменение окраски в природе. Новое понимание того, как создаются цвета животных, в частности простые черно-белые узоры, и полевые исследования преимуществ и недостатков цветовых схем в различных местах обитания, в настоящее время являются одними из лучших примеров того, как работают естественный отбор и эволюция.
Одним из наиболее распространенных явлений в животном мире является появление темных пигментированных разновидностей у видов. Все виды моли, жуков, бабочек, змей, ящериц и птиц имеют полностью или в основном черные формы. Возможно, наиболее знакомыми являются темные большие кошки, такие как черный леопард и черный ягуар. Эти красивые животные часто выставляются в зоопарках в качестве курьезов, но они также встречаются в дикой природе в значительном количестве.
Все эти так называемые «меланиновые» формы являются результатом увеличения выработки пигмента меланина в коже, мехе, чешуе или перьях. Меланическая пигментация может выполнять множество ролей. Меланин защищает нас и других животных от ультрафиолетовых лучей солнца; это может помочь животным в более холодном климате или на больших высотах быстрее согревать их тела, и, вопреки скептицизму Рузвельта относительно защитной окраски, черный пигмент скрывает некоторых животных от хищников.
Например, в пустынях на юго-западе Соединенных Штатов имеются обнажения очень темных пород, образовавшихся в результате потоков лавы за последние два миллиона лет. Среди этих камней живет каменная карманная мышь, которая встречается в темно-черном и светло-песчаном цветах. Натуралисты в 1930-х годах наблюдали, что мыши, найденные на лавовых камнях, были, как правило, меланиновыми, в то время как мыши на окружающих песчаных гранитных скалах обычно были светлыми. Такое соответствие цвета между цветом меха и фоном среды обитания, по-видимому, является адаптацией против хищников, особенно сов. Мыши, которые подобраны по цвету к окружающей среде, имеют преимущество в выживании по сравнению с несовпадающими мышами в каждой из двух сред обитания.
Каменная карманная мышь поставляется в двух цветах: темном и светлом. Темные хорошо сочетаются с лавовыми камнями (вверху справа), а светлые маскируются от песчаника (вверху слева). Помещенные в «неправильную» среду, мышей легко увидеть хищникам. (Доктор Майкл Нахман) 
У черных ягуаров, таких как детеныш слева, есть мутация, которая заставляет их производить больше пигмента меланина, чем пятнистые ягуары. (Даниэль Карманн / дпа / корбис) 
Некоторые ящерицы из кнутовых хвостов (они из рода Aspidoscelis) темнее, чем обычно, благодаря мутации, сходной с мутацией темных ягуаров или черных овец. (Доктор Эрика Бри Розенблюм) 
Меньшие ящерицы без ушей бывают двух цветов, в зависимости от того, какую версию они наследуют от гена, который влияет на выработку меланина. (Доктор Эрика Бри Розенблюм) 
Ящерицы из рода Sceloporous бывают разных цветов, в зависимости от того, какую версию они несут в гене меланина. (Доктор Эрика Бри Розенблюм) 
Среда обитания каменных карманных мышей бывает двух цветов: темная лава и светлый песчаник. (Доктор Майкл Нахман) 
Там, где карманные мыши живут в темных лавовых породах, у них больше вероятность мутации, которая заставляет их вырабатывать больше меланина и темную шерсть. (Доктор Майкл Нахман) Недавно Майкл Нахман и его сотрудники из Университета Аризоны провели детальные полевые и генетические исследования карманных мышей. Они обнаружили, что мыши скрещиваются с мышами из других мест обитания и мигрируют между типами пород. Мыши явно одного вида, а не двух. Так что же делает мех черным или светлым? Всего несколько различий в коде одного гена. Эта простая основа наследования означает, что происхождение черных мышей от светлых родителей происходило всего за один или очень небольшое количество мутационных шагов. Но для мышей, вторгающихся в ранее чуждую среду обитания черных лавовых пород, эти маленькие генетические шаги были гигантским скачком с точки зрения эволюции. Nachman и Hopi Hoekstra (в настоящее время в Гарвардском университете) подсчитали, что темные мыши имеют преимущество в выживаемости на 60% или более выше, чем у светлых мышей на темных лавовых камнях. Другими словами, цвет меха у этого вида явно находится под очень сильным естественным отбором.
Ген, участвующий в происхождении меланизма у карманных мышей, называется меланокортиновым рецептором 1 или MC1R или коротким. Это не очень интересный самородок информации, пока я не скажу вам, что меланические формы ягуаров, снежных гусей, песца, сказочных рывков, банаков, золотых львов, тамаринов, арктических поморников, двух видов ящериц и домашних коров, овец и цыплята вызваны мутациями в этом же гене. У некоторых видов точно такие же мутации произошли независимо в происхождении их темных форм. Эти открытия показывают, что эволюция меланизма - это не какая-то невероятно редкая случайность, а обычный, повторяющийся процесс. Эволюция может и повторяется.
Меланизм - это не только вопрос сокрытия. Меньший снежный гусь также встречается в двух формах: белой и меланиновой «голубой». У этого вида предпочтение спаривания особей соответствует цветовой гамме их родителей. По-видимому, молодые птицы изучают цвет своих родителей и выбирают партнеров по семейной линии - птицы из голубых семей предпочитают голубых, а птицы из белых предпочитают белых. У предпочтений спаривания среди арктических поморников есть дополнительный поворот, в котором женщины обычно предпочитают более темных мужчин. Оба этих вида птиц развиваются в результате полового отбора, процесс, также впервые описанный Дарвином, в котором предпочтительны черты, которые имеют преимущество в брачной игре. Поскольку половой отбор оказывает такое сильное влияние на успешность спаривания, это очень сильная форма отбора в природе.
Другой распространенной формой окраски животных является отсутствие пигментации или альбинизма. Это условие часто наблюдается в естественных популяциях пещерных животных, включая рыб, раков, насекомых, пауков и других видов. Считается, что распространенность альбинизма у пещерных животных представляет собой обратную сторону эволюции при естественном отборе. То есть, при небольшом освещении или его отсутствии естественный или половой отбор по цвету и рисунку пигмента ослабляется. Мутации, которые отменяют пигментацию и которые, как правило, вредны для животных в других местах обитания, допускаются в темноте этих пещер.
Похоже, что альбинизм также имеет простую генетическую основу, которая позволяет «легко» развиваться. Недавно Мередит Протас и Клифф Табин из Гарвардской медицинской школы, Билл Джеффри из Университета Мэриленда и их сотрудники определили генетическую основу альбинизма у мексиканских слепых пещерных рыб. Эти рыбы-альбиносы находятся примерно в 30 пещерах в регионе Сьерра-де-Эль-Абра на северо-востоке Мексики. Каждая популяция получена из пигментированной, полностью зрячей поверхностной или речной формы обитания. Исследователи изучили генетическую основу альбинизма в популяциях пещер Пачон и Молино и обнаружили, что альбинизм в каждой популяции был вызван мутациями в одном и том же гене пигментации, но разными специфическими мутациями в каждом случае. Здесь снова, у этих рыб, эволюция повторилась дважды в происхождении той же черты. Кроме того, специфический ген, мутированный в этих рыбах, также является тем же геном, ответственным за альбинизм у людей, свиней, мышей и других видов рыб.
Природные истории карманных мышей и пещерных рыб наглядно демонстрируют, как животные адаптировались к новой среде; как бы ни были чужды эти места обитания для своих предков. Эти неясные животные также обеспечили конкретные связи между определенными генами, естественным отбором и эволюцией в дикой природе, которые долгое время искались биологами. Хотя эти животные не такие величественные, как дикие животные африканской саванны, они иллюстрируют большие уроки, которые Рузвельт оценил бы, и, возможно, даже оправдали свой собственный, хотя и небольшой, трофей для демонстрации постоянного прогресса в понимании того, как эволюция работает.
Автор Био:
Шон Б. Кэрролл - биолог-эволюционист из Университета Висконсина. В его новой книге « Замечательные создания: эпические приключения в поисках происхождения видов» (Хоутон Миффлин Харкорт) рассказывается об опыте и открытиях бесстрашных натуралистов, которые разработали и развили теорию эволюции.
