Бесконечное число самых прекрасных форм - Шон Кэрролл

Я не рекомендовал бы тем, кто оказался вблизи мест охоты Рузвельта, надевать костюм зебры. Среди 512 животных, убитых им и его сыном Кермитом за год сафари, было 29 зебр — больше, чем каких-либо других животных.

Зоолог Хью Б. Котт, проведший в Африке намного больше времени, чем Рузвельт, не согласен с бывшим президентом США. Его энциклопедический труд "Приспособительная окраска животных", ставший классическим, основан на обширных исследованиях. Котт был еще и талантливым художником, и его мастерство рисовальщика помогло ему глубже понять, каким образом окраска животных может прятать, предупреждать или обманывать. Его великолепная книга была написана накануне вступления Британии во Вторую мировую войну, во время которой Котт служил "камуфлером": он давал военным рекомендации по маскировке.

Как объяснял Котт, прерывистый рисунок на теле зебры делает контуры ее тела нечеткими (рис. 9.1):

Рис. 9.1. Прерывистый рисунок на теле зебры. Вертикальные полосы помогают скрыть контуры тела на фоне чередующегося света и тени. Рисунок из книги Хью Котта "Приспособительная окраска животных".

Кроме этой теории, существуют и другие объяснения полосатого рисунка на теле зебры. В полосатом стаде трудно выделить индивидуальное животное на фоне других движущихся полос. Возможно, это до какой-то степени сбивает с толку хищников. Другая гипотеза заключается в том, что полосатость ослабляет атаки насекомых, которые, как считают некоторые ученые, предпочитают полностью черных животных. Вероятно также, что такой рисунок помогает матери и детенышу идентифицировать друг друга, а отдельным зебрам — находить стадо (по некоторым наблюдениям, зебр привлекают черно-белые полосы, нарисованные на досках).

Эти гипотезы, а также противоположность мнений Котта и Рузвельта, говорят о том, что ответ на вопрос об адаптивном значении перечисленных здесь рисунков окраски не является "черно-белым". Наблюдения рождают гипотезы, но они не приводят к надежным заключениям. В Кении я дважды направлялся прямиком к деревьям, не замечая лежащих на них леопардов. Я также наблюдал за тем, как среди бела дня леопард спускался с дерева и под прикрытием ветвей кустарника крался за антилопой дик-дик (что противоречит идее Рузвельта о ночном образе жизни леопардов). Является ли пятнистая, полосатая, черная или белая шкура преимуществом или недостатком, можно судить только при наличии контроля, который, как вы понимаете, во многих ситуациях осуществить достаточно сложно.

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 — 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.