Krótko po tym, jak zakończył swoją drugą kadencję jako prezydent w 1909 roku, Teddy Roosevelt odbył roczne safari myśliwskie w Afryce pod patronatem Smithsonian Institution. Wiele trofeów Roosevelta skończyło jako eksponaty w Smithsonian i American Museum of Natural History w Nowym Jorku. Doświadczenia Roosevelta na safari, uwiecznione w jego książce African Game Trails (1910), dały mu mocne opinie na temat tego, jak zwierzęta mieszały się lub nie mieszały z otoczeniem:
„Czerń i biel są zwykle najbardziej widocznymi kolorami w przyrodzie (a jednak są ponoszone przez liczne stworzenia, które odniosły sukces w walce o życie); ale prawie każdy odcień ... dość dobrze harmonizuje z co najmniej niektórymi krajobrazami, ale w kilku przypadkach wśród większych ssaków, a prawie u żadnego z tych, które uczęszczają na otwarte równiny, istnieje najmniejszy powód przypuszczać, że stworzenie zyskuje jakiekolwiek czerpać korzyści z tego, co jest luźno nazywane „ochronnym zabarwieniem” ”.
Roosevelt wyśmiewał pojęcia ochrony o zabarwieniu z dwóch powodów. Po pierwsze, nadzwyczajny myśliwy na koniu miał niewielkie trudności z dostrzeżeniem, prześladowaniem i pakowaniem dużej zwierzyny; jego grupa myśliwska zastrzeliła ponad 500 ssaków. Najwyraźniej kolory zwierząt nie chroniły ich przed nim . Po drugie, podczas gdy fakt ewolucji był powszechnie akceptowany przez naukowców (i Roosevelta), wyjaśnienie Darwina dotyczące pierwotnej roli doboru naturalnego jako mechanizmu ewolucji nie było. Dobór naturalny wypadł z łask, zwłaszcza w kwestii zabarwienia zwierząt. Wielu przyrodników w latach 90. XIX wieku skrytykowało darwinowskie wyjaśnienia zabarwienia jako całkowicie pozbawione dowodów i oferowało inne wyjaśnienia. Na przykład niektórzy sugerowali, że zabarwienie było bezpośrednio spowodowane czynnikami zewnętrznymi, takimi jak klimat, światło lub dieta.
Te alternatywne pomysły wkrótce zostały stłumione przez pojawienie się genetyki i wykazanie poprzez eksperymenty hodowlane (takie jak te pierwotnie przeprowadzone przez Gregora Mendla), że zabarwienie jest odziedziczoną własnością roślin i zwierząt. Ale do ostatnich kilku lat nie wiedzieliśmy, w jaki sposób geny determinują zabarwienie zwierząt ani jak zmienność genów wpływa na zmienność zabarwienia w przyrodzie. Nowe zrozumienie, w jaki sposób powstają kolory zwierząt, szczególnie proste wzory czarno-białe, oraz badania terenowe korzyści i wad schematów kolorów w różnych siedliskach, stanowią obecnie jedne z najlepszych przykładów działania doboru naturalnego i ewolucji.
Jednym z najbardziej rozpowszechnionych zjawisk w królestwie zwierząt jest występowanie ciemno zabarwionych odmian w obrębie gatunku. Wszelkiego rodzaju ćmy, chrząszcze, motyle, węże, jaszczurki i ptaki mają formy, które są w całości lub w większości czarne. Być może najbardziej znane są ciemne duże koty, takie jak czarny lampart i czarny jaguar. Te piękne zwierzęta są często prezentowane w ogrodach zoologicznych jako ciekawostki, ale występują również w naturze w znacznej liczbie.
Wszystkie te tak zwane „melaniczne” formy wynikają ze zwiększonej produkcji melaniny pigmentowej w skórze, futrze, łuskach lub piórach. Pigmentacja melaniczna może pełnić wiele ról. Melanina chroni nas i inne zwierzęta przed promieniami ultrafioletowymi słońca; może pomóc zwierzętom w chłodniejszym klimacie lub na wyższych wysokościach szybciej ogrzać ich ciała, a w przeciwieństwie do sceptycyzmu Roosevelta dotyczącego ochronnego zabarwienia, czarny pigment ukrywa niektóre zwierzęta przed drapieżnikami.
Na przykład na pustyniach południowo-zachodnich Stanów Zjednoczonych występują odsłonięcia bardzo ciemnych skał, które powstały w wyniku lawy w ciągu ostatnich dwóch milionów lat. Wśród tych skał mieszka mysz kieszonkowa, która występuje w ciemnej czerni i jasnym, piaskowym kolorze. Przyrodnicy w latach 30. XX wieku zaobserwowali, że myszy znalezione na skałach lawowych były zazwyczaj melaniczne, podczas gdy myszy na otaczających je piaskowych skałach granitowych były zwykle w jasnym kolorze. To dopasowanie kolorów między futrem a tłem siedliska wydaje się być adaptacją przeciwko drapieżnikom, zwłaszcza sowom. Myszy, które są dopasowane kolorystycznie do otoczenia, mają przewagę w stosunku do myszy niedopasowanych w każdym z dwóch siedlisk.
Rockowa mysz kieszonkowa występuje w dwóch kolorach, ciemnym i jasnym. Ciemne dobrze wtapiają się w skały lawowe (u góry po prawej), a te jasne zakamuflowane są na tle piaskowca (u góry po lewej). Umieszczone w „złym” środowisku myszy są łatwo widoczne dla drapieżników. (Dr. Michael Nachman) 
Czarne jaguary, podobnie jak młode po lewej, mają mutację, która powoduje, że wytwarzają więcej melaniny pigmentowej niż jaguary plamiste. (Daniel Karmann / dpa / Corbis) 
Niektóre jaszczurki szypułkowe (te z rodzaju Aspidoscelis) są ciemniejsze niż zwykle dzięki mutacji podobnej do tej występującej u ciemnych jaguarów lub czarnych owiec. (Dr. Erica Bree Rosenblum) 
Mniejsze jaszczurki bez uszu występują w dwóch kolorach, w zależności od wersji, która dziedziczy gen wpływający na produkcję melaniny. (Dr. Erica Bree Rosenblum) 
Jaszczurki z rodzaju Sceloporous występują w różnych kolorach, w zależności od tego, jaką mają wersję genu melaniny. (Dr. Erica Bree Rosenblum) 
Siedlisko myszy kieszonkowych występuje w dwóch kolorach: ciemnej lawy i jasnego piaskowca. (Dr. Michael Nachman) 
Tam, gdzie kieszonkowe myszy żyją w ciemnej skale lawy, częściej mają mutację, która powoduje, że produkują więcej melaniny i mają ciemną sierść. (Dr. Michael Nachman) Niedawno Michael Nachman i jego współpracownicy z University of Arizona przeprowadzili szczegółowe badania terenowe i genetyczne myszy kieszonkowych. Odkryli, że myszy krzyżują się z myszami z innych siedlisk i migrują między rodzajami skał. Myszy są wyraźnie jednym gatunkiem, a nie dwoma. Co sprawia, że futro jest czarne lub lekkie? Tylko kilka różnic w kodzie pojedynczego genu. Ta prosta podstawa dziedziczenia oznacza, że pochodzenie czarnych myszy od jasnych rodziców miało miejsce w jednym lub bardzo małej liczbie mutacyjnych etapów. Ale dla myszy atakujących wcześniej obce siedlisko skał czarnej lawy, te małe kroki genetyczne stanowiły ogromny skok pod względem ewolucji. Nachman i Hopi Hoekstra (obecnie na Uniwersytecie Harvarda) oszacowali, że ciemne myszy mają około 60 procent lub większą przewagę nad żywymi myszami na ciemnych skałach lawowych. Innymi słowy, kolor futra u tego gatunku jest wyraźnie poddany bardzo silnej selekcji naturalnej.
Gen zaangażowany w powstawanie melanizmu u myszy kieszonkowych nazywa się receptorem melanokortyny 1 lub MC1R lub krótkim. To nie jest bardzo interesujący samorodek informacji, dopóki nie powiem wam, że melaniczne formy jaguarów, gęsi śnieżnych, lisów polarnych, strzyżyków, banaquits, tamaryn złotych lwów, wydrzyk arktyczny, dwa rodzaje jaszczurek oraz krów domowych, owiec a kurczaki są powodowane przez mutacje w tym samym genie. U niektórych gatunków dokładnie te same mutacje wystąpiły niezależnie w pochodzeniu ich ciemnych form. Odkrycia te ujawniają, że ewolucja melanizmu nie jest jakimś niewiarygodnie rzadkim wypadkiem, ale wspólnym, powtarzalnym procesem. Ewolucja może się powtarzać.
Melanizm to nie tylko kwestia ukrycia. Mniejsza gęś śnieżna występuje również w dwóch postaciach: białej i melanicznej „niebieskiej”. U tego gatunku preferencje godowe osobników są zgodne ze schematem kolorów ich rodziców. Najwyraźniej młode ptaki uczą się koloru rodziców i wybierają partnerów według linii rodzinnych - ptaki z rodzin niebieskich wolą partnerów niebieskich, a ptaki z rodzin białych wolą partnerów białych. Preferencje krycia wydrzyków arktycznych mają dodatkowy akcent, ponieważ samice zazwyczaj wolą ciemniejszych samców. Oba te gatunki ptaków ewoluują pod wpływem selekcji seksualnej, proces ten po raz pierwszy opisano również przez Darwina, w którym preferowane są cechy korzystne w grze godowej. Ponieważ selekcja seksualna ma tak silny wpływ na sukces godowy, jest to bardzo silna forma selekcji z natury.
Inną powszechną formą zabarwienia zwierząt jest brak pigmentacji lub bielactwo. Stan ten często obserwuje się w naturalnych populacjach zwierząt zamieszkujących jaskinie, w tym ryb, raków, owadów, pająków i innych gatunków. Uważa się, że powszechne występowanie bielactwa u zwierząt jaskiniowych reprezentuje drugą stronę ewolucji w ramach doboru naturalnego. Oznacza to, że przy niewielkim lub zerowym oświetleniu naturalny lub seksualny wybór koloru i wzoru pigmentu jest zrelaksowany. Mutacje, które znoszą pigmentację i które na ogół byłyby szkodliwe dla zwierząt w innych siedliskach, są tolerowane w ciemnościach tych jaskiń.
Wydaje się, że bielactwo ma prostą podstawę genetyczną, dzięki której „łatwo” ewoluować. Ostatnio Meredith Protas i Cliff Tabin z Harvard Medical School, Bill Jeffery z University of Maryland oraz ich współpracownicy wskazali genetyczne podstawy bielactwa u meksykańskich ślepych ryb jaskiniowych. Te albinosy znajdują się w około 30 jaskiniach w regionie Sierra de El Abra w północno-wschodnim Meksyku. Każda populacja pochodzi z pigmentowanej, w pełni widzącej formy mieszkalnej na powierzchni lub w rzece. Naukowcy zbadali genetyczne podstawy bielactwa w populacjach jaskiń Pachón i Molino i odkryli, że bielactwo w każdej populacji było spowodowane mutacjami w tym samym genie pigmentacyjnym, ale w każdym przypadku różnymi specyficznymi mutacjami. Również w przypadku tych ryb ewolucja powtórzyła się dwukrotnie w pochodzeniu tej samej cechy. Ponadto specyficzny gen zmutowany u tych ryb jest również tym samym genem odpowiedzialnym za bielactwo u ludzi, świń, myszy i innych gatunków ryb.
Naturalne historie myszy kieszonkowych i jaskiniowych wyraźnie pokazują, w jaki sposób zwierzęta przystosowały się do nowego otoczenia; bez względu na to, jak obce były kiedyś te siedliska dla ich przodków. Te niejasne zwierzęta dostarczyły również konkretnych powiązań między konkretnymi genami, selekcją naturalną i ewolucją na wolności, od dawna poszukiwanymi przez biologów. Choć nie są tak majestatyczne jak zwierzęta łowne z afrykańskiej sawanny, zwierzęta te ilustrują większe lekcje, które byłyby docenione przez Roosevelta, a być może nawet uzasadniały ich własny, choć niewielki, trofeum za pokazanie ciągłego postępu w zrozumieniu działania ewolucji.
Autor biografii:
Sean B. Carroll jest biologiem ewolucyjnym na University of Wisconsin. Jego nowa książka, Remarkable Creatures: Epic Adventures in the Search of the Origins of Species (Houghton Mifflin Harcourt), kronika doświadczeń i odkryć nieustraszonych przyrodników, którzy opracowali i posunęli teorię ewolucji.
