Глубоко в тропических лесах Южной Америки живет одно из самых ярко окрашенных земноводных в мире - лягушка с ядовитым дротиком. Но не стоит воспринимать их ослепительный вид как приглашение подойти поближе. Эти оттенки - предупреждение о том, что нападать на них не стоит. Прикосновение к коже ядовитой лягушки - одного из самых ядовитых животных в мире - может вызвать тошноту, отек и паралич даже у человека.
Хищники этих лягушек научились воспринимать яркие оттенки как ядовитые или неаппетитные. Но ассоциирование цвета с опасностью требует времени, что ставит перед эволюционными биологами парадоксальную проблему. Как хищные виды выжили достаточно долго, чтобы выработать цвет как предупреждающий сигнал, живя среди хищников, которые могут лучше их заметить, но еще не научились их избегать?
Согласно одной из теорий, разноцветные предупреждающие сигналы, также известные как апосематизм, развивались косвенно и постепенно. Исследование, опубликованное сегодня в журнале Science, предполагает, что некоторые существа навсегда приспособились к яркой коже, сначала используя скрытые сигналы, чтобы дать хищникам достаточно времени, чтобы понять, что к таким цветам следует относиться с осторожностью. Эти цвета часто были скрыты в животе или под кожей.
"Если вы - первая заметная особь в линии с химической защитой, этой мутации будет очень трудно закрепиться в популяции, потому что хищники не имеют возможности узнать, что ваша окраска связана с химической защитой", - говорит Чангку Канг, доцент Сеульского национального университета в Южной Корее и соавтор исследования.
Для изучения эволюции окраски у животных авторы исследования распределили более 1000 видов лягушек и саламандр по пяти группам. Большинство исследований эволюции окраски животных пытаются отнести их к одной из двух категорий - либо заметных, либо маскирующихся, что ограничивает комплексное понимание окраски животных, говорит Карл Лёффлер-Генри, постдокторант Карлтонского университета в Канаде, который был ведущим автором исследования.
Вместо этого в данном исследовании рассматривались эти две крайности, а также другие приспособления, которые могли развиться у животных. Животные с цветами, которые выделяют их, например, красные, желтые и ярко-синие шкуры, были классифицированы как бросающиеся в глаза. Животные, которые развивали цвета, предназначенные для маскировки в окружающей среде, были загадочными. Частично заметными были те животные, у которых окраска была несколько скрыта в конечностях и других частях тела. Полностью заметные животные имели яркие цвета, полностью спрятанные в подбрюшье и других скрытых областях. Амфибии, имеющие как скрытые, так и заметные формы, были отнесены к категории полиморфизма.
Шершавый тритон (Taricha granulosa) обычно замаскирован, но при угрозе раскрывает свое заметное брюшко в качестве защитной позы. Гэри Нэфис (grynaf@yahoo.com)Затем биологи протестировали девять различных эволюционных моделей, чтобы реконструировать эволюционные пути их предков, в том числе, когда у них появились апосематизм и токсичность в качестве защитной стратегии.
Путь к апосематизму не был прямой линией. Вместо того чтобы развиваться непосредственно из камуфляжной стратегии, апосематизм имел важное переходное состояние. "Условия, благоприятствующие эволюции этого типа окраски, вероятно, были гораздо менее ограничительными, и все же они обеспечивают четкий путь к эволюции общей яркой окраски", - говорит Кайл Саммерс, эволюционный биолог из Университета Восточной Каролины, который не принимал участия в исследовании. Когда у животных впервые появились яркие пигменты, они сначала прятали их в таких частях тела, как конечности или подбрюшье.
В случае угрозы эти животные поднимали конечности или тело, чтобы обнажить цвета, которые в конечном итоге служили предупреждением для хищников, наивно поедавших этих существ. "Апосематизм эволюционировал независимо много раз в отдельных линиях амфибий", - объясняет Лёффлер-Генри. "Скрытые сигналы дают ответ на вопрос, как это происходит, и раскрывают увлекательную историю о том, как происходил эволюционный процесс".
"Исследование предлагает новое решение давнего парадокса эволюции заметных сигналов предупреждения хищников", - добавляет Алиса Экснерова, доцент зоологии Карлова университета в Праге, которая также не участвовала в исследовании. Более того, по ее словам, полученные результаты свидетельствуют о ценности изучения альтернативных и игнорируемых эволюционных стратегий, что может расширить наше понимание разнообразных стратегий защиты от хищников в мире природы.