Меланизм в природе

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.

Генетические основы меланизма у формы carbonaria достаточно просты. Анализ двух форм показывает, что различие в пигментации определяется одним-единственным геном, а несколько дополнительных генов влияют на степень меланизма. Однако точно идентифицировать ген, вовлеченный в формирование промышленного меланизма, пока не удалось. Открытие данного гена было бы прекрасным завершением этой 150-летней истории, но по иронии судьбы в результате введения законов, направленных на защиту окружающей среды, форма carbonaria встречается все реже и может совсем исчезнуть в ближайшие двадцать лет, так что молекулярным генетикам следует поторопиться[11].

Однако у некоторых других видов гены, вовлеченные в формирование меланизма, выявлены, и я посвящу им оставшуюся часть главы.