https://frosthead.com

Evoluce v černé a bílé

Krátce poté, co dokončil své druhé funkční období v roce 1909, vzal Teddy Roosevelt roční africký lovecký safari v Africe pod záštitou Smithsonian Institution. Mnoho Rooseveltových trofejí skončilo jako exponáty v Smithsonově a Americkém přírodovědném muzeu v New Yorku. Rooseveltovy zkušenosti s safari, zaznamenané v jeho knize African Game Trails (1910), mu dávaly silné názory na to, jak se zvířata mísí nebo nesměšují s okolím:

„Černá a bílá jsou obvykle nejvíce nápadnými barvami v přírodě (a přesto je nesou četná stvoření, která se v boji o život dobře daří); ale téměř jakýkoli odstín ... harmonizuje se docela dobře s alespoň některými krajinami a v několika málo případech mezi většími savci a téměř v žádném z těch, kteří navštěvují otevřené planiny, je nejmenší důvod předpokládat, že stvoření získává těžit z toho, co se volně nazývá jeho „ochranné zbarvení“. ““

Roosevelt se posmíval pojmům ochranné hodnoty zbarvení ze dvou důvodů. Za prvé, lovec na koni připevněný k lovu na koni měl malé potíže s hledáním, pronásledováním a pytlováním velké hry; jeho lovecká strana zastřelila více než 500 savců. Barvy zvířat je očividně před ním nechránily. A za druhé, zatímco v té době vědci (a Roosevelt) široce přijímali fakt evoluce, Darwinovo vysvětlení primární role přirozeného výběru jako mechanismu evoluce nebylo. Přirozený výběr upadl z laskavosti, zejména pokud jde o zbarvení zvířat. Mnoho přírodovědců v 90. letech 20. století kritizovalo darwinovské vysvětlení zbarvení jako zcela chybějící důkazy a nabídlo další vysvětlení. Například, někteří navrhli, že zbarvení bylo přímo způsobeno vnějšími faktory takový jako klima, světlo nebo strava.

Tyto alternativní myšlenky byly brzy zničeny vznikem vědy o genetice a demonstrací skrze experimenty s chovem (jako například ty, které původně provedl Gregor Mendel), že zbarvení je zděděná vlastnost rostlin a zvířat. Ale až do posledních několika let jsme nevěděli, jak geny určují zbarvení zvířat nebo jak kolísání genů ovlivňuje změnu zbarvení v přírodě. Nové porozumění způsobu výroby zvířecích barev, zejména jednoduché vzory černé a bílé, a terénní studie o výhodách a nevýhodách barevných schémat na různých stanovištích nyní poskytují některé z nejlepších příkladů toho, jak přirozený výběr a vývoj fungují.

Jedním z nejrozšířenějších jevů v říši zvířat je výskyt tmavě pigmentovaných odrůd uvnitř druhů. Všechny druhy můr, brouků, motýlů, hadů, ještěrek a ptáků mají formy, které jsou všechny nebo většinou černé. Snad nejznámější jsou tmavé velké kočky, jako je černý leopard a černý jaguar. Tato krásná zvířata jsou často vystavována v zoologických zahradách jako zvědavost, ale vyskytují se i ve volné přírodě ve významných počtech.

Všechny tyto tzv. „Melanické“ formy jsou výsledkem zvýšené produkce pigmentového melaninu v kůži, srsti, šupinách nebo peří. Melanická pigmentace může sloužit mnoha rolím. Melanin chrání nás a ostatní zvířata před ultrafialovým paprskem slunce; může pomoci zvířatům v chladnějších podnebích nebo ve vyšších nadmořských výškách zahřívat svá těla rychleji a na rozdíl od Rooseveltovy skepse ohledně ochranného zbarvení skrývá černý pigment některá zvířata před dravci.

Například v pouštích jihozápadních Spojených států jsou výchozy velmi tmavých hornin, které byly produkovány lávovými proudy za poslední dva miliony let. Mezi těmito kameny žije kapesní myš, která se vyskytuje v tmavě černé a světlé, písčité barvě. Přírodovědci ve 30. letech 20. století pozorovali, že myši na lávových horninách byly obvykle melanické, zatímco u okolních pískových žulových hornin byly obvykle světlé barvy. Zdá se, že toto sladění barev srsti s pozadím prostředí je adaptací proti predátorům, zejména sovám. Myši, které jsou barevně přizpůsobeny svému okolí, mají výhodu přežití oproti neshodným myším v každém z těchto dvou stanovišť.

Rocková kapesní myš má dvě barvy, tmavou a světlou. Tmavé se dobře prolínají s lávovými kameny (vpravo nahoře) a světlé jsou maskovány proti pískovci (vlevo nahoře). Umístěny do „špatného“ prostředí jsou pro predátory snadno vidět. (Dr. Michael Nachman) Černé jaguary, stejně jako mládě na levé straně, mají mutaci, která způsobuje, že produkují více pigmentového melaninu, než jaguáři s tečkami. (Daniel Karmann / dpa / Corbis) Některé ještěrky whiptail (ty jsou z rodu Aspidoscelis) jsou tmavší než obvykle díky mutaci podobné té, která se vyskytuje u tmavých jaguarů nebo černých ovcí. (Dr. Erica Bree Rosenblum) Menší uši bez uší přicházejí ve dvou barvách v závislosti na verzi, kterou zdědí po genu, který ovlivňuje produkci melaninu. (Dr. Erica Bree Rosenblum) Ještěrky v rodu Sceloporous přicházejí v různých barvách, částečně závisí na verzi, kterou nese melaninový gen. (Dr. Erica Bree Rosenblum) Prostředí skalních myší je ve dvou barvách: tmavá láva a světlý pískovec. (Dr. Michael Nachman) Tam, kde myši s kapesními kapkami žijí v tmavé lávové skále, mají větší pravděpodobnost mutace, která způsobí, že produkují více melaninu a mají tmavě zbarvený kabát. (Dr. Michael Nachman)

V poslední době Michael Nachman a jeho spolupracovníci na arizonské univerzitě provedli podrobné terénní a genetické studie myší z kapesních kapes. Zjistili, že myši se křížily s myšmi z jiných stanovišť a migrovaly mezi typy hornin. Myši jsou zjevně jeden druh, ne dva. Co tedy dělá srst černou nebo světlou? Jen pár rozdílů v kódu jednoho genu. Tento jednoduchý základ dědičnosti znamená, že původ černých myší od světlých rodičů nastal jen v jednom nebo velmi malém počtu mutačních kroků. Ale pro myši napadající dříve cizí stanoviště černých lávových hornin byly tyto malé genetické kroky obrovským skokem, pokud jde o vývoj. Nachman a Hopi Hoekstra (nyní na Harvardské univerzitě) odhadují, že tmavé myši mají asi 60 procent nebo více přežití oproti světlým myším na tmavých lávových skalách. Jinými slovy, barva srsti u tohoto druhu je jasně pod velmi silným přírodním výběrem.

Gen, který se podílí na vzniku melanismu u myší s kapesními kameny, se nazývá melanokortinový receptor 1 nebo MC1R nebo krátký. To není velmi zajímavá informace, dokud vám neřeknu, že melanické formy jaguárů, husy sněhu, polární liška, víly, banaquits, zlatý lev tamariny, arktická skua, dva druhy ještěrek a domácích krav, ovce a kuřata jsou způsobena mutacemi v tomto stejném genu. U některých druhů nastaly přesně stejné mutace nezávisle na původu jejich temných forem. Tyto objevy ukazují, že vývoj melanismu není nějaká neuvěřitelně vzácná nehoda, ale běžný opakovatelný proces. Evoluce se může a má opakovat.

Melanismus není jen záležitostí utajení. Menší sněhová husí se vyskytuje také ve dvou formách, v bílé a melanické „modré“ formě. U tohoto druhu odpovídá páření preferencí jednotlivců podle barevného schématu jejich rodičů. Zdá se, že mladí ptáci se učí barvu svých rodičů a vybírají si kamarády po rodině - ptáci z modrých rodin dávají přednost modrým kamarádům a ptáci z bílých rodin dávají přednost bílým kamarádům. Přednosti páření mezi arktickými skuy mají další zvrat, v tom, že ženy obecně dávají přednost tmavším mužům. Oba tyto druhy ptáků se vyvíjejí při sexuálním výběru, což je proces, který poprvé popsal Darwin, v němž se upřednostňují vlastnosti, které jsou v páření výhodné. Protože sexuální výběr má tak silný vliv na úspěch páření, jedná se o velmi silnou formu výběru v přírodě.

Další běžnou formou zbarvení zvířat je nedostatek pigmentace - nebo albinismu. Tento stav je často pozorován v přirozených populacích živočichů žijících v jeskyních, včetně ryb, raků, hmyzu, pavouků a dalších druhů. Předpokládá se, že běžný výskyt albinismu u jeskynních zvířat představuje přirozenou selekci opačnou stranu evoluce. To znamená, že s malým nebo žádným světlem je přírodní nebo sexuální výběr barvy pigmentu a vzoru uvolněný. Ve tmě těchto jeskyní jsou tolerovány mutace, které ruší pigmentaci a které by obecně byly škodlivé pro zvířata na jiných stanovištích.

Zdá se, že také albinismus má jednoduchý genetický základ, který usnadňuje jeho vývoj. Nedávno, Meredith Protas a Cliff Tabin z Harvardské lékařské fakulty, Bill Jeffery z University of Maryland a jejich spolupracovníci určili genetický základ albinismu v mexických slepých jeskyních. Tyto ryby albínů se nacházejí v přibližně 30 jeskyních v oblasti Sierra de El Abra v severovýchodním Mexiku. Každá populace je odvozena od pigmentované, plně viditelné formy povrchu nebo řeky. Vědci zkoumali genetický základ albinismu v populacích z jeskyní Pachón a Molino a zjistili, že albinismus v každé populaci byl způsoben mutacemi ve stejném pigmentovém genu, ale v každém případě odlišnými specifickými mutacemi. I zde se evoluce u těchto ryb opakovala dvakrát v původu stejné vlastnosti. Kromě toho specifický gen mutovaný v těchto rybách je také stejný gen zodpovědný za albinismus u lidí, prasat, myší a jiných druhů ryb.

Přirozená historie myší s kapesními kameny a jeskyní živě ukazuje, jak se zvířata přizpůsobila novému okolí; bez ohledu na to, jak cizí byla tato stanoviště kdysi jejich předkům. Tato temná zvířata také poskytla konkrétní spojení mezi specifickými geny, přirozeným výběrem a evolucí v přírodě, které biologové dlouho hledali. Tato zvířata sice nejsou tak velkolepá jako zvěřina africké savany, ale ilustrují větší ponaučení, která by Roosevelta ocenila, a možná dokonce zaručují svůj vlastní, byť malý, trofejní případ pro zobrazení pokračujícího pokroku v porozumění toho, jak evoluce funguje.

Autor Bio:
Sean B. Carroll je evoluční biolog na Wisconsinské univerzitě. Jeho nová kniha, Pozoruhodná zvířata: Epická dobrodružství při hledání původu druhů (Houghton Mifflin Harcourt), zaznamenává zkušenosti a objevy neohrožených přírodovědců, kteří vyvinuli a zdokonalili evoluční teorii.

Evoluce v černé a bílé