Ящерицы с пятнами на боку в большей части пустыни Мохаве имеют желтовато-коричневые и коричневые отметины, которые хорошо сочетаются с окрестностями пустыни. Однако в потоке лавы Фасга можно найти совершенно другую популяцию пятнистых ящериц, таких же черных, как скалы, на которых они живут.
Как животные вторгаются в новую среду, отличную от той, для которой эволюция снабдила их тонко настроенными приспособлениями? Светлые ящерицы в потоке лавы должны быть легкой добычей для хищников, так как же они выжили достаточно долго, чтобы развить более темную окраску?
Одним из объяснений было то, что многие черты животного не фиксированы, а могут измениться в течение его жизни. Эта «фенотипическая пластичность» позволяет отдельным животным изменять свой внешний вид или поведение в достаточной степени, чтобы выжить в новой среде. В конце концов, новые приспособления, способствующие выживанию, возникают в популяции посредством генетических изменений и естественного отбора, который воздействует на популяцию на протяжении поколений. Это известно как «эффект Болдуина» в честь психолога Джеймса Марка Болдуина, который представил эту идею в знаменательной статье, опубликованной в 1896 году.
Ученые, изучающие пятнистых ящериц в Лавовом потоке Фасги, задокументировали этот процесс в мельчайших деталях. Они показали, как отдельные ящерицы могут менять цвет в новой среде, становясь темнее на лаве; они определили гены, которые регулируют окраску и различаются между популяциями в лаве и за ее пределами; и они обнаружили, что генетические изменения в популяции, адаптированной к потоку лавы, делают этих ящериц темнее других. Их выводы, опубликованные 6 сентября в журнале Current Biology, могут быть наиболее подробным примером эффекта Болдуина, проявляющегося в дикой популяции.
«Это старая и очень мощная идея, и теперь у нас есть генетические доказательства того, как это происходит в дикой природе», - сказал соавтор Барри Синерво, профессор экологии и эволюционной биологии Калифорнийского университета в Санта-Круз.
Sinervo занимается изучением пятнистых ящериц в Калифорнии уже более 30 лет. Первый автор Аммон Корл, получивший докторскую степень. в лаборатории Синерво, сейчас находится в Музее зоологии позвоночных Калифорнийского университета в Беркли. Корл сказал, что впервые узнал о популяции ящериц Фасга из неопубликованной докторской диссертации. диссертация соавтора Клаудии Люк, в настоящее время работает в Государственном университете Сономы.
«Клаудия выяснила, насколько пластична их окраска, а я проверил генетические изменения, влияющие на окраску популяции Фасги», - сказал Корл. «Болдуин предсказал, что пластичность позволяет организмам колонизировать новую среду, а затем развивать новые приспособления посредством естественного отбора. Однако до сих пор нам не хватало генетических инструментов, чтобы показать, что это происходит в полевых условиях».
Когда исследователи перемещают пятнистых ящериц с одного фона на другой (например, с песка на лаву), изменения в окраске начинают проявляться в течение недели, а постепенные изменения в окраске продолжаются в течение нескольких месяцев после этого. «Похоже, происходит медленное, постепенное накопление темного пигмента меланина», - сказал Корл.
Популяции ящериц в лавовом потоке и за его пределами обладают пластичностью, позволяющей им менять цвет при перемещении в новую среду. Но две популяции также имеют наследственные различия в пигментации. Генетический анализ выявил различия между двумя популяциями в двух генах, участвующих в регуляции выработки меланина.
Исследователи скрестили ящериц из двух популяций, вырастили потомство в общей среде и измерили окраску потомства. Эти эксперименты показали, что вариации в генах, связанных с меланином, коррелируют с темным цветом кожи ящериц.
Генетическая выборка ящериц с боковыми пятнами, окружающих поток лавы, показала, что варианты генов, обнаруженные в популяции лавы, ограничены этой популяцией, предполагая, что варианты возникли в результате мутаций, которые произошли у ящериц, живущих на лаве, и распространились внутри это население. Исследования демографического моделирования показали, что новые мутации возникли через тысячи лет после того, как произошел излив лавы, около 22 000 лет назад..
«Мы изучали пятнистых ящериц повсюду, даже в другом потоке лавы, и эти генетические варианты были обнаружены только в Фасги, поэтому мы знаем, что именно там они возникли», - сказал Синерво. «Это гены, которые управляют окраской, контролируя путь выработки меланина, но сложным образом. Ящерицы Писги лучше всего соответствуют цвету лавы любой популяции, но они все же могут вернуться в песок и соответствовать совершенно другому цвету. фон."
Диапазон окраски, возможный для отдельной ящерицы, впечатляет.«В каком-то смысле удивительно, что естественный отбор все еще действует при наличии такой большой пластичности. Все, что требуется, - это немного несоответствия, и это может иметь значение между жизнью и смертью», - сказал Корл. «В популяции все еще существуют различия, поэтому мы поймали естественный отбор в процессе воздействия на эти гены. Теперь мы можем проводить дальнейшие полевые и лабораторные исследования, направленные на лучшее понимание того, как эволюция формирует высокопластичные черты».
Помимо Корла, Люка и Синерво, соавторами статьи являются Расмус Нильсен, Ке Би, Акшара Шри Чалла и Аарон Джеймс Стерн из Калифорнийского университета в Беркли. Эта работа финансировалась Калифорнийским университетом и Национальным научным фондом.