Индустриальный меланизм
Пяденица берёзовая (Biston betularia carbonaria), меланистическая форма
Пяденица берёзовая (Biston betularia), обычная окраска
Является наиболее известным примером индустриального меланизма. До середины XIX века все собранные энтомологами экземпляры берёзовой пяденицы имели бело-сероватую окраску крыльев с тёмными пятнышками (morpha typica), что обеспечивало покровительственную окраску на стволах деревьев. Сейчас многие популяции полиморфны, в них присутствуют чёрные меланистические формы — Biston betularia morpha carbonaria. Увеличение частоты меланистических форм — следствие направленного отбора, главным движущим фактором которого является избирательное поедание особей бабочек птицами. В лесах вокруг промышленных предприятий и городов стволы деревьев часто лишены лишайников и могут быть почерневшими от копоти. В таких районах покровительственной окраской является чёрная, а в незагрязнённых районах — светлая пятнистая окраска. Также известна третья форма, имеющая промежуточную по темноте окраску между меланистической и светлой формами берёзовой пяденицы, — morpha insularia. Данный тип окраски, как и меланистическая, доминирует над светлой, однако, видимо, детерминируется не в одном, а нескольких локусах. На основании лабораторных опытов предполагалось, что аллели, контролирующие меланистическую окраску, обладают плейотропным действием, определяя не только окраску бабочки, но и её поведение (выбор фона). Однако это не было подтверждено наблюдениями в природе.
Почему индустриальный меланизм возникает
Многие животные, например хамелеоны, меняют цвет в зависимости от окружающей среды. Те, кто демонстрирует индустриальный меланизм, живут в высокоразвитых промышленных районах, и эти изменения цвета маскируют животных, чтобы они не были замечены хищниками. Этот феномен объясняется теорией Дарвина о «выживании наиболее приспособленных»; животные, наиболее близкие к цвету их фона и, следовательно, лучше замаскированные, способны выжить достаточно долго, чтобы воспроизвести потомство. В результате они передают свою способность изменять цвет своему потомству, чтобы они тоже могли выжить.
В закопченном городе мотыльки и бабочки темного цвета живут лучше, чем их более светлые собратья. Конечно, если промышленные отходы очищаются, и окружающая среда становится светлее, животные с более темным окрасом становятся более заметными и уязвимыми для нападения. Те, кто светлее, в этом сценарии смогут выжить дольше и передать свои более светлые гены своему потомству.
Хотя это объяснение имеет смысл для некоторых примеров индустриального меланизма, некоторые животные, такие как змеи и жуки, не кажутся лучше замаскированными в результате изменения пигментации; у этих видов есть другие причины изменения цвета.
Биология
Гусеница пяденицы берёзовой на ветке
Лёт бабочек в мае — июне. Самки откладывают яйца кучками, чаще всего в щели коры деревьев. Одна самка откладывает 600—2000 яиц.
Длина гусениц 40—50 мм. На голове два выроста. Окраска гусениц от тёмно-зелёной с красной полоской на спине до коричневой и бурой с тёмной полоской на спинке. На 8 и 11 сегментах брюшка большие белые бородавки. Имеют внешнее сходство с древесными веточками.
Кормовые растения гусениц — берёза, тополь, дуб, липа, ильмовые, ясень, акация и другие лиственные, а также различные кустарники и травы — черника, полынь, дрок, лебеда.
Окукливание в почве. Зимует куколка. Куколка блестящая, тёмно-бурая.
Примеры индустриального меланизма
Примеров индустриального меланизма немало. Самый известный и самый распространенный – это бабочки, обитающие в промышленных городах.
Берёзовая пяденица
Берёзовая пяденица (Biston betularia) замаскированная на коре дуба. Henrik_L / Getty Images
Берёзовая пяденица распространена практически по всей Европе. Первоначально это были светлые бабочки, живущие на светлых лишайниках, покрывающих деревья. Их светлый цвет эффективно маскировал их от хищников.
Во время промышленной революции угольные электростанции выделяли как диоксид серы, так и сажу. Диоксид серы уничтожил большую часть лишайников, а сажа затемнила светлые деревья и камни. Светлые берёзовые пяденицы ярко выделялись на потемневшем фоне и стали легкой мишенью для птиц. Между тем бабочки темного цвета жили дольше и размножались; фактически, более темные берёзовые пяденицы были на 30% более приспособленными по сравнению со светлой пяденицей. К 1895 году более 90% пядениц были темного цвета. (, )
Со временем новые законы об охране окружающей среды Великобритании и США радикально снизили выбросы сажи и диоксида серы. Почти все берёзовые пяденицы в Пенсильвании и Мичигане были темными в 1959 году, но к 2001 году только 6% были темными. Они отреагировали на более чистый воздух, более светлые поверхности и более здоровые светлые лишайники. ()
Морские змеи
Полосатая морская змея. Джеймс Р. Д. Скотт / Getty Images
Морские змеи с черепаховой головой (Emydocephalus annulatus) обитают в южной части Тихого океана, где они изначально носили полосы светлого и темного цвета. Однако некоторые популяции этих змей почти черные. Исследователи были заинтригованы различиями в окраске и работали вместе, чтобы лучше понять, почему и как произошли изменения. ()
Исследователи собрали сотни морских змей на промышленных и непромышленных объектах Новой Зеландии и Австралии. Они также собрали отслоившиеся змеиные шкуры. После тестирования они обнаружили, что:
- черная кожа чаще встречалась у змей, обитающих в промышленных районах;
- черная кожа содержала такие элементы, как цинк и мышьяк, которые используются в промышленности
- полосатые змеи чаще встречались в более чистых районах
- более темные полосы полосатых змей содержали больше цинка и мышьяка, чем более светлые полосы
- змеи темного цвета с большей вероятностью будут терять шкуру
В отличие от берёзовой пяденицы, морские змеи не получают никаких адаптивных преимуществ в результате изменения окраски. Так почему же происходит это изменение? Более темные змеи чаще сбрасывают кожу – это может означать, что они чаще избавляются от загрязняющих веществ. Эта гипотеза проверена, но еще не доказана.
Двухточечная коровка
Черная божья коровка с двумя пятнами на ивовом листе. Яна Бойко / Getty Images
Двухточечные коровки были двух цветов: красные с черными пятнами и черные с красными пятнами. Однако со временем исследователи обнаружили, что большинство из них имеют красный цвет с черными пятнами. Это кажется адаптивным преимуществом; красных жуков легче увидеть, и они выглядят менее аппетитно для хищников из-за своего цвета, что снижает вероятность того, что они будут съедены. ()
В отличие от берёзовой пяденицы и морских змей, двухточечные коровки, похоже, не реагируют напрямую на промышленное загрязнение. В районе исследования (в Норвегии) наблюдается постоянное потепление, и исследователи считают, что божьи коровки, скорее всего, реагируют на изменение климата. ()
