https://frosthead.com

Evolutsioon mustvalgel

Vahetult pärast teise presidendi ametiaja lõpetamist 1909. aastal võttis Teddy Roosevelt Smithsoniani institutsiooni egiidi all Aafrikas välja aastapikkuse jahisafari. Paljud Roosevelti trofeed likvideeriti eksponaatidena Smithsoniani ja New Yorgi Ameerika loodusloomuuseumis. Roosevelti safarikogemused, mis on kajastatud tema raamatus Aafrika mängurajad (1910), andsid talle tugevad arvamused selle kohta, kuidas loomad sulandusid või ei sulandunud ümbritsevasse:

„Must ja valge on tavaliselt looduses kõige silmatorkavamad värvid (ja seda kannavad siiski arvukad olendid, kellel on eluvõitluses hästi õnnestunud); kuid peaaegu igasugune varjund ... harmoneerub üsna hästi vähemalt mõne maastikuga ja ainult mõnel üksikul juhul on suuremate imetajate seas ja peaaegu mitte ühelgi lagedaid tasandeid kasutavatel inimestel vähimatki põhjust oletada, et olend võidab saavad kasu sellest, mida lõdvalt nimetatakse selle kaitsevärviks. ”

Roosevelt kartis värvuse kaitseväärtuse kontseptsiooni kahel põhjusel. Esiteks oli hobuse küljes oleva jahimehe ekstraordinaaril vähe suuri raskusi suurte ulukite määrimisel, jälitamisel ja kottide pakkimisel; tema jahiselts tulistas rohkem kui 500 imetajat. Loomulikult ei kaitsnud loomade värvid teda tema eest . Ja teiseks, kuigi sel ajal olid teadlased (ja Roosevelt) laialdaselt aktsepteerinud evolutsiooni fakti, siis Darwini seletus loodusliku valiku esmasest rollist evolutsiooni mehhanismina puudus. Looduslik valik ei olnud soosiv, eriti loomade värvimise osas. Paljud 1890. aastate looduseuurijad kritiseerisid Darwini selgitusi värvide kohta kui täiesti puuduvaid tõendeid ja pakkusid muid selgitusi. Näiteks väitsid mõned, et värvuse põhjustasid otseselt välised tegurid, näiteks kliima, valgus või toitumine.

Need alternatiivsed ideed kaotasid peagi geneetika teaduse esilekerkimine ja tõuaretuskatsete abil (näiteks need, mida algselt viis läbi Gregor Mendel) demonstreerimine, et värvus on taimede ja loomade päritud omadus. Kuid kuni viimase paari aastani ei teadnud me, kuidas geenid määravad loomade värvuse või kuidas geenide variatsioon mõjutab värvuse muutust looduses. Uus arusaam loomsete värvide valmistamisest, eriti lihtsad mustvalged mustrid ning eri elupaikade värviskeemide eeliste ja puuduste väliuuringud pakuvad nüüd parimate näidetena loodusliku valiku ja evolutsiooni toimimist.

Loomariigis on üks levinumaid nähtusi tumedate pigmentidega sortide esinemine liikides. Igasugu koide, mardikate, liblikate, maode, sisalike ja lindude vormid on kõik või enamasti mustad. Võib-olla on kõige tuttavamad tumedad suured kassid, näiteks must leopard ja must jaaguar. Neid kauneid loomi eksponeeritakse loomaaedades sageli uudishimulikuna, kuid neid esineb ka looduses märkimisväärsel arvul.

Kõik need niinimetatud melaani vormid tulenevad pigmendi melaniini suurenenud tootmisest nahas, karusnahas, soomustes või sulgedes. Melaniline pigmentatsioon võib täita paljusid rolle. Melaniin kaitseb meid ja teisi loomi päikese ultraviolettkiirte eest; see võib aidata külmema kliima või kõrgema kõrgusega loomadel keha kiiremini soojendada ning vastupidiselt Roosevelti skeptilisusele kaitsevärvuse kohta varjab must pigment mõnda looma röövloomade eest.

Näiteks USA edelaosa kõrbetes on viimase kahe miljoni aasta jooksul laavavoolude tekitatud väga tumedate kivimite paljandid. Nende kivide hulgas elab kivitaskuhiir, mis on tumedat musta ja heledat, liivast värvi. Looduseuurijad tõdesid 1930-ndatel aastatel, et laavakivimitest leitud hiired olid tavaliselt melanilised, samas kui ümbritsevatel liivavärvilistel graniitkivimitel olid tavaliselt heledad. See karusnahavärvi ja elupaigatausta värvide sobivus näib olevat kohanemisviis kiskjate, eriti öökullide vastu. Ümbruskonna värviga sobitatud hiirtel on ellujäämise eelis sobimatute hiirte ees mõlemas kahes elupaikas.

Kivitaskuhiir on kahes värvitoonis: tume ja hele. Tumedad segunevad hästi laavakivimitega (üleval paremal) ja heledad maskeeritakse vastu liivakivi (vasakul ülemine). "Valesse" keskkonda paigutatud hiiri on kiskjatel lihtne näha. (Dr Michael Nachman) Mustadel jaaguaridel, nagu vasakul oleval kuubikul, on mutatsioon, mille tõttu nad toodavad pigmendi melaniini rohkem kui täpilised jaaguarid. (Daniel Karmann / dpa / Corbis) Mõni piitsa sisalik (need on perekonnast Aspidoscelis) on tavalisest tumedam tänu mutatsioonile, mis sarnaneb tumedates jaaguarides või mustades lammastes leiduva mutatsiooniga. (Dr Erica Bree Rosenblum) Vähem kõrvatud sisalikud on kahes värvitoonis, sõltuvalt sellest, millist versiooni nad pärivad geenist, mis mõjutab melaniini tootmist. (Dr Erica Bree Rosenblum) Sceloporous perekonna sisalikke on mitmesuguses värvitoonis, osaliselt sõltuvalt sellest, millist versiooni nad melaniini geenist kannavad. (Dr Erica Bree Rosenblum) Kivitaskuhiirte elupaik on kahes värvitoonis: tume laavakivi ja hele liivakivi. (Dr Michael Nachman) Kui kivitasku hiired elavad tumedas laavakivis, on neil tõenäolisem mutatsioon, mis põhjustab nende tootmist rohkem melaniini ja neil on tumedat värvi karv. (Dr Michael Nachman)

Hiljuti on Michael Nachman ja tema kaastöötajad Arizona ülikoolis läbi viinud kivimitasku hiirte üksikasjalikud põllu- ja geneetilised uuringud. Nad on leidnud, et hiired põimuvad muude elupaikade hiirtega ja rändavad kivimitüüpide vahel. Hiired on selgelt üks liik, mitte kaks. Mis teeb karusnaha mustaks või heledaks? Ainult mõned erinevused ühe geeni koodis. See lihtne pärimise alus tähendab, et mustade hiirte päritolu heledates toonides vanematelt toimus vaid ühe või väga väikese arvu mutatsioonietappidega. Kuid hiirtele, kes tungisid mustade laavakivimite varem võõrastesse elupaikadesse, olid need väikesed geneetilised sammud evolutsiooni osas hiiglaslik hüpe. Nachmani ja Hopi Hoekstra (nüüd Harvardi ülikool) hinnangul on tumedatel hiirtel tumedatel laavakivimitel heledate hiirtega võrreldes umbes 60 protsenti või suurem ellujäämisvõimalus. Teisisõnu on selle liigi karusnaha värv selgelt tugeva loodusliku valiku all.

Geen, mis on seotud kivitaskuhiirte melanismi tekkega, nimetatakse melanokortiini retseptoriks 1 või MC1R või lühikeseks. See ei ole eriti huvitav teabekogu, kuni ma ütlen teile, et jaaguaride, lumehaneste, arktiliste rebaste, haldjasvõtmete, banakiitide, kuldse lõvi tamariinide, arktiliste skua, kahte tüüpi sisalike ja kodulehmade, lammaste melanilised vormid ja kanad on põhjustatud selle sama geeni mutatsioonidest. Mõnede liikide puhul on täpselt samad mutatsioonid toimunud iseseisvalt nende tumedate vormide päritolul. Need avastused näitavad, et melanismi evolutsioon pole mingi uskumatult harv juhus, vaid tavaline, korratav protsess. Evolutsioon võib ja kordub.

Melanism ei ole ainult varjamise küsimus. Väiksemat lumehanget esineb ka kahes vormis: valge ja melaniline „sinine“. Selle liigi puhul järgib isendite paaritumiseelistus nende vanemate värviskeemi. Ilmselt õpivad noored linnud oma vanemate värvi ja valivad perekonnaliikmetena paaritusi - sinistest peredest pärit linnud eelistavad siniseid semusid ja valgetest peredest pärit linnud eelistavad valgeid kaaslasi. Paaritumiseelistustel arktiliste skuude hulgas on täiendav keerdus, kuna naised eelistavad üldiselt tumedamaid isaseid. Mõlemad linnuliigid arenevad seksuaalse valiku käigus - seda protsessi kirjeldas esmakordselt ka Darwin -, milles eelistatakse paaritumismängus eeliseid. Kuna seksuaalsel valikul on paaritumise edule nii tugev mõju, on see looduses väga tugev valimisvorm.

Loomade värvimise teine ​​levinum vorm on pigmentatsiooni või albinismi puudumine. Seda seisundit täheldatakse sageli koobastes elavate loomade, sealhulgas kalade, jõevähkide, putukate, ämblike ja muude liikide looduslikes populatsioonides. Arvatakse, et albinismi tavaline esinemine koopaloomades esindab loodusliku valiku käigus evolutsiooni pöördelist külge. See tähendab, et vähese valguseta või vähese valguse korral on pigmendi värvi ja mustri loomulik või seksuaalne valik lõdvestunud. Nende koobaste pimeduses on sallitavad mutatsioonid, mis kaotavad pigmentatsiooni ja on üldiselt kahjulikud muude elupaikade loomadele.

Ka albinismil on lihtne geneetiline alus, mis muudab selle evolutsiooni kergeks. Hiljuti täpsustasid Meredith Protas ja Cliff Tabin Harvardi meditsiinikoolis, Mary Jeffery Marylandi ülikoolis ja nende kaastöötajad Mehhiko pimedas koobastes albinismi geneetilise aluse. Neid albiino kalu leidub umbes 30 koobastes Sierra de El Abra piirkonnas Mehhiko kirdeosas. Iga populatsioon on saadud pigmenteerunud, täielikult nähtava pinna- või jõevormi kujul. Teadlased on uurinud albinismi geneetilist alust Pachóni ja Molino koobaste populatsioonides ja leidnud, et albinismi põhjustasid igas populatsioonis samas pigmentatsioonigeeni mutatsioonid, kuid igal juhul erinevad spetsiifilised mutatsioonid. Nendes kalades on evolutsioon korratud sama tunnusjoone tekkimisel kaks korda. Lisaks on neis kalades muteerunud spetsiifiline geen sama, mis inimeste, sigade, hiirte ja muude kalaliikide albinismi põhjustaja.

Kivitasku hiirte ja koopakalade looduslood näitavad ilmekalt, kuidas loomad on uue ümbrusega kohanenud; ükskõik kui võõrad need elupaigad nende esivanematele kunagi olid. Need varjatud loomad on andnud ka konkreetsed sidemed konkreetsete geenide, loodusliku valiku ja looduses toimuva evolutsiooni vahel, mida bioloogid on juba ammu otsinud. Kuigi need loomad pole nii majesteetlikud kui Aafrika savanni jahiloomad, illustreerivad need loomad suuremaid õppetunde, mida Roosevelt oleks hinnanud, ja võib-olla isegi õigustasid nende enda, ehkki väikest, trofeejuhtumit, et näidata pidevat arengut evolutsiooni toimimise mõistmisel.

Autor Bio:
Sean B. Carroll on Wisconsini ülikooli evolutsioonibioloog. Tema uus raamat „ Tähelepanuväärsed olendid: eepilised seiklused liikide päritolu otsingus” (Houghton Mifflin Harcourt) kirjeldab evolutsiooniteooria arendanud ja edasijõudnute naturalistide kogemusi ja avastusi.

Evolutsioon mustvalgel