https://frosthead.com

Evolution i sort og hvid

Kort efter at han afsluttede sin anden periode som præsident i 1909, tog Teddy Roosevelt en årelang jagtsafari i Afrika under regi af Smithsonian Institution. Mange af Roosevelts trofæer afvikles som udstillinger i Smithsonian og American Museum of Natural History i New York. Roosevelts safari-oplevelser, der blev regaleret i sin bog African Game Trails (1910), gav ham stærke meninger om, hvordan dyr blandede eller ikke blandede sig med deres omgivelser:

”Sort og hvid er normalt de mest iøjnefaldende farver i naturen (og alligevel bæres af adskillige skabninger, der har lykkedes godt i kampen for livet); men næsten enhver farvetone ... harmoniserer temmelig godt med mindst nogle landskaber, og i nogle få tilfælde blandt de større pattedyr, og i næsten ingen blandt dem, der frekventerer de åbne sletter, er der den mindste grund til at antage, at væsenet får noget drage fordel af det, der løst kaldes sin 'beskyttende farve.' ”

Roosevelt spottede af forestillinger om farvernes beskyttelsesværdi af to grunde. Først havde den hestemonterede jæger ekstraordinær vanskeligheder med at opdage, forfølgelse og sække big game; hans jagtparti skød mere end 500 pattedyr. Dyrenes farver beskyttede tydeligvis ikke dem fra ham . Og for det andet, mens på det tidspunkt faktum om evolution blev bredt accepteret af forskere (og Roosevelt), var Darwins forklaring af den primære rolle som naturlig udvælgelse som evolutionsmekanisme ikke. Den naturlige selektion var faldet uden for fordel, især med hensyn til dyrefarvning. Mange naturforskere i 1890'erne havde kritiseret darwiniske forklaringer på farve som helt manglende bevis og bød andre forklaringer. Nogle antydede for eksempel, at farvning var direkte forårsaget af eksterne faktorer som klima, lys eller diæt.

Disse alternative ideer blev snart bremset af fremkomsten af ​​genetikvidenskaben og demonstrationen gennem avlseksperimenter (som dem, der oprindeligt blev udført af Gregor Mendel), at farvning er en arvelig egenskab hos planter og dyr. Men indtil de sidste par år vidste vi ikke, hvordan gener bestemmer dyrets farve, eller hvordan variation i gener påvirker variation i farve i naturen. Ny forståelse af, hvordan dyrefarver fremstilles, især enkle mønstre af sort og hvid, og feltundersøgelser af fordelene og ulemperne ved farveskemaer i forskellige levesteder, giver nu nogle af de bedste eksempler på, hvordan naturlig udvælgelse og evolution fungerer.

Et af de mest udbredte fænomener i dyreriget er forekomsten af ​​mørkt pigmenterede sorter inden for arter. Alle former for møl, biller, sommerfugle, slanger, firben og fugle har former, der alle er eller for det meste sorte. Måske mest velkendt er de mørke store katte, såsom den sorte leopard og den sorte jaguar. Disse smukke dyr vises ofte i zoologiske haver som nysgerrighed, men de forekommer også i naturen i betydeligt antal.

Alle disse såkaldte “melaniske” former er resultatet af øget produktion af pigmentmelanin i hud, pels, vægt eller fjer. Melanisk pigmentering kan tjene mange roller. Melanin beskytter os og andre dyr mod solens ultraviolette stråler; det kan hjælpe dyr i koldere klima eller højere højde opvarme deres krop hurtigere, og i modsætning til Roosevelts skepsis til beskyttende farve skjuler sort pigment nogle dyr fra rovdyr.

I ørkenerne i den sydvestlige del af USA er der for eksempel outcrops af meget mørke klipper, der blev produceret af lavastrømme i de sidste to millioner år. Blandt disse klipper lever rocklommemusen, der forekommer i mørk sort og en lys, sandfarvet farve. Naturalister i 1930'erne observerede, at mus, der blev fundet på lavabjergene, typisk var melaniske, mens de på de omgivende sandfarvede granitklipper normalt var farvede. Denne farvetilpasning mellem pelsfarve og habitatbaggrund ser ud til at være en tilpasning mod rovdyr, især ugler. Mus, der er farve-tilpasset deres omgivelser, har en overlevelsesfordel i forhold til uoverensstemmende mus i hver af de to levesteder.

Rock pocket musen findes i to farver, mørke og lyse. De mørke klæber sig godt sammen med lavaklipper (øverst til højre), og de lyse kamufleres mod sandsten (øverst til venstre). Placeret i det "forkerte" miljø er musene lette for rovdyr at se. (Dr. Michael Nachman) Sorte jaguarer har ligesom ungen til venstre en mutation, der får dem til at producere mere af pigmentmelaninet end plettet jaguarer. (Daniel Karmann / dpa / Corbis) Nogle whiptail-firben (disse er fra slægten Aspidoscelis) er mørkere end normalt takket være en mutation, der ligner den, der findes i mørke jaguarer eller sorte får. (Dr. Erica Bree Rosenblum) Mindre øreløse firben findes i to farver, afhængigt af hvilken version de arver efter et gen, der har indflydelse på melaninproduktionen. (Dr. Erica Bree Rosenblum) Øgler i Sceloporous slægten findes i forskellige farver, delvis afhængig af, hvilken version de bærer af et melaningen. (Dr. Erica Bree Rosenblum) Miljøet af stenlommer er i to farver: mørk lavasten og lys sandsten. (Dr. Michael Nachman) Hvor stenlomme mus lever i mørk lavasten, er det mere sandsynligt, at de har en mutation, der får dem til at producere mere melanin og have en mørkfarvet frakke. (Dr. Michael Nachman)

For nylig har Michael Nachman og hans samarbejdspartnere ved University of Arizona foretaget detaljerede felt- og genetiske undersøgelser af rock pocket mus. De har fundet, at musene er opdrættet med mus fra andre levesteder og vandrer mellem klippetyper. Musene er helt klart en art, ikke to. Så hvad gør pels sort eller lys? Bare et par forskelle i koden for et enkelt gen. Dette enkle arvegrundlag betyder, at oprindelsen af ​​sorte mus fra lyse forældre skete i kun et eller et meget lille antal mutationstrin. Men for mus, der invaderede det tidligere fremmede levested for sorte lavabergarter, var disse små genetiske trin et kæmpespring med hensyn til evolution. Nachman og Hopi Hoekstra (nu ved Harvard University) vurderede, at mørke mus har omkring 60 procent eller større overlevelsesfordel i forhold til lette mus på de mørke lavabergarter. Med andre ord er pelsfarve i denne art klart under meget stærk naturlig markering.

Genet, der er involveret i oprindelsen af ​​melanisme i rock pocket mus, kaldes melanocortin receptor 1 eller MC1R eller kort. Det er ikke en særlig interessant klods, indtil jeg fortæller jer, at de melaniske former for jaguarer, snegæs, arktisk ræv, fairy wrens, banaquits, gyldne løve tamariner, arktisk skua, to slags firben og af huskøer, får og kyllinger er forårsaget af mutationer i dette helt samme gen. I nogle arter er nøjagtigt de samme mutationer forekommet uafhængigt af oprindelsen af ​​deres mørke former. Disse opdagelser afslører, at udviklingen af ​​melanisme ikke er en utrolig sjælden ulykke, men en almindelig, gentagelig proces. Evolution kan og gentager sig selv.

Melanisme er ikke kun et spørgsmål om skjule. Den mindre snegæs forekommer også i to former, en hvid og en melansk "blå" form. I denne art følger individernes parringspræference farver for deres forældre. Tilsyneladende lærer unge fugle deres forældres farve og vælger kammerater langs familielinjer - fugle fra blå familier foretrækker blå kammerater og fugle fra hvide familier foretrækker hvide kammerater. Parringspræferencer blandt arktiske skuoer har en yderligere drejning, idet hunner generelt foretrækker mørkere hanner. Begge disse fuglearter udvikler sig under seksuel udvælgelse, en proces, der først blev beskrevet af Darwin, hvor træk, der er fordelagtige i parringsspil, foretrækkes. Da seksuel udvælgelse har en så stærk effekt på parringssucces, er det en meget stærk form for udvælgelse i naturen.

En anden almindelig form for dyrefarvning er manglen på pigmentering eller albinisme. Denne tilstand observeres hyppigt i naturlige bestande af hulboende dyr, herunder fisk, krebs, insekter, edderkopper og andre arter. Den almindelige forekomst af albinisme hos huledyr menes at repræsentere evolutionssiden under naturlig selektion. Det vil sige, at der med lidt eller ingen let, naturlig eller seksuel valg af pigmentfarve og mønster er afslappet. Mutationer, der afskaffer pigmentering, og som generelt ville være skadelige for dyr i andre levesteder, tolereres i mørket i disse huler.

Albinisme synes også at have et simpelt genetisk grundlag, der gør det "let" at udvikle sig. For nylig præciserede Meredith Protas og Cliff Tabin ved Harvard Medical School, Bill Jeffery ved University of Maryland, og deres samarbejdspartnere det genetiske grundlag for albinisme i den mexicanske blinde grottefisk. Disse albino fisk findes i ca. 30 huler i Sierra de El Abra-regionen i det nordøstlige Mexico. Hver population er afledt af en pigmenteret, fuldt synet overflade- eller flodboltsform. Forskerne har undersøgt det genetiske grundlag for albinisme i populationer fra Pachón- og Molino-hulerne og fundet, at albinisme i hver population var forårsaget af mutationer i det samme pigmenteringsgen, men forskellige specifikke mutationer i hvert tilfælde. Også her i disse fisk har evolutionen gentaget sig to gange med oprindelsen af ​​den samme egenskab. Desuden er det specifikke gen, der er muteret i disse fisk, også det samme gen, der er ansvarligt for albinisme hos mennesker, svin, mus og andre fiskearter.

De naturlige historier med klippelomme mus og hulfisk viser levende hvordan dyr har tilpasset sig nye omgivelser; uanset hvor fremmed disse levesteder engang var for deres forfædre. Disse uklare dyr har også tilvejebragt de konkrete forbindelser mellem specifikke gener, naturlig selektion og evolution i naturen, som biologer længe har søgt. Selvom de ikke er så majestætiske som vildyrene i den afrikanske savanne, illustrerer disse dyr større lektioner, som Roosevelt ville have værdsat, og måske endda berettiget deres egen, omend små trofæ-sag for at vise de fortsatte fremskridt med at forstå, hvordan evolution fungerer.

Forfatter Bio:
Sean B. Carroll er en evolutionær biolog ved University of Wisconsin. Hans nye bog, bemærkelsesværdige væsener: Episke eventyr i søgen efter arten af ​​arter (Houghton Mifflin Harcourt), fortæller om oplevelser og opdagelser fra uærlige naturister, der udviklede og avancerede evolutionsteorien.

Evolution i sort og hvid