Эволюция амфибий с ярким окрасом

Ядовитые лягушки в Центральной и Южной Америке демонстрируют одни из самых потрясающих окрасок в животном мире. Некоторые виды имеют синюю окраску – кобальт или индиго, другие –жёлтую, золотистую, клубнично-розовую или ярко-красную с полосками на спине. Хотя эти оттенки великолепны для того, чтобы ими любоваться, на самом деле такая яркая расцветка служит предупреждающим знаком для хищников: «съешь меня, и я отравлю тебя».

То, как эти и другие животные эволюционировали, чтобы быть достаточно красочными, чтобы сигнализировать о своей токсичной защите - но не настолько красочными, чтобы стать через чур заметными - долгое время оставалось серой зоной для исследователей. На сегодняшний день имеется новое исследование, опубликованное в журнале Science, которое может объяснить этот феномен.

"Известно, что эволюция может объяснить те черты, которые мы видим, но изучение механики того, как индивиды приобретают их в зависимости от территориального расположення позволяет глубже понять природу", - говорит Карл Леффлер-Генри, исследователь из Карлтонского университета и один из ведущих авторов исследования.

Яркая окраска, сигнализирующая хищникам о том, что существо ядовитое, смертельно опасное или просто несъедобно, - это явление, которое называется апосематизм. Он широко распространён среди ярких и заметных амфибий, рептилий, насекомых и других животных. Эта особенность также независимо эволюционировала среди различных видов животных с химической защитой.

Однако учёные-эволюционисты долго ломали голову над тем, как животные могли эволюционировать с такими красочными оттенками, не выдавая себя хищникам, которые непременно захотели бы попробовать их на вкус.

Эволюция происходит, когда случайная генетическая мутация повышает вероятность выживания и размножения определённых животных внутри вида.

Предположительно, такая вариация, как этот цветовой рисунок, могла бы стать дилеммой для первых особей, у которых произошла мутация. Это потому, что изначально хищники не знали бы, что яркие цвета сигнализируют о токсичности, и поэтому охотно бы употребили в пищу этих легко заметных небольших представителей вида с "красочной" мутацией.

Теоретически, это должно было сделать практически невозможным для первых индивидуумов апосематической окраски передать свои гены потомству, что не позволило бы мутации закрепиться в популяции.

"Получается своего рода парадоксальная "уловка-22" (целенаправленно созданная, получившаяся случайно или органично присущая ситуации правовая, административная, социальная либо логическая коллизия, состоящая в том, что попытка соблюдения некоторого правила сама по себе означает его нарушение), когда хищник должен выбирать жертву, чтобы следующие поколения научились ассоциировать цвет с токсичной защитой", - говорит Леффлер-Генри. "Но когда хищники возьмут этих особей на пробу, то это обязательно приведёт к летальному исходу".

Чтобы разобраться в этом парадоксе, команда Леффлера-Генри изучила данные родословных 1100 видов лягушек, тритонов и саламандр и отнесла их к одной из пяти групп. На одном конце спектра находятся существа с ядовитыми голубыми, жёлтыми и красными цветами, которые отличают их от остальных. В эту заметную группу, входят такие представители животного мира, как разноцветные ядовитые лягушки-дротики (Phyllobates terribilis). Это не только самая ядовитая лягушка, но и одно из самых токсичных животных на Земле. В одной лягушке размером 5 сантиметров достаточно яда, чтобы убить десять взрослых мужчин. В ней содержится 1900 микрограммов яда. В Колумбии на протяжении нескольких поколений местные жители Эмбера использовали во время охоты дротики с сильнодействующим ядом лягушки.

На другом конце спектра: амфибии, которые идеально сливаются с окружающей средой. Окрашенные в приглушённые зелёные, коричневые и серые цвета, они маскируются в своей среде обитания загадочным образом. В эту группу, незаметную группу, входят такие представители вида, как тонкинская гигантская телодерма (Theloderma corticale) из Вьетнама, которая выглядит так, будто на самом деле покрыта мхом. Она использует камуфляж, чтобы скрыться от хищников или слиться с окружающей средой.

Между этими полюсами учёные поместили виды амфибий с камуфлированным верхом и красочным низом в разных вариациях - одни с ярким брюхом, другие с красочным, а третьи и с тем и с другим. Они, как правило, демонстрируют свои эффектные части тела только при попытке защититься от хищников. Гонконгский бородавчатый тритон (Paramesotriton hongkongensis) относится к этой категории, поскольку сверху он коричневый, а снизу - оранжевый. Так же как и разноцветная черноспинка или ателоп Штельцнера (Melanophryniscus stelzneri) у которой спина чёрная, а брюхо пестрит ярко-красными пятнами. В качестве защиты она использует яд, выделяемый специальными железами.

Команда Леффлера-Генри использовала девять различных компьютерных моделей, чтобы проверить потенциальные эволюционные пути, по которым лягушки, тритоны и саламандры из заметной апосематической группы могли эволюционировать таким образом. В итоге исследователи поняли, что все они развивались по схожей схеме.

"Мы обнаружили, что переход от камуфляжа к апосематизму редко бывает прямым, - говорит Лоффлер-Генри. Скорее, промежуточная фаза скрытых сигналов, по-видимому, облегчает этот переход в большинстве случаев".

Конечно, это не означает, что все виды будут эволюционировать, чтобы быть супертоксичными и суперкрасочными. В зависимости от среды обитания, существуют уникальные преимущества, которые даёт камуфлированный вид, вид, использующий скрытые сигналы, или вид, полностью яркий и апосематический. Многие ядовитые амфибии тоже маскируются, отмечает Лоффлер-Генри.

Были предложены и другие теории для разрешения этого парадокса ярко окрашенных амфибий. Одна из них предполагает, что хищники могут изначально настороженно относиться к новой добыче. Другая предполагает, что хищники могут делиться друг с другом, посредством социального обучения, знаниями о том, что яркие цвета сигнализируют об опасности.

Но эта новая теория представляет механизм, который, вероятно, играет определённую роль в эволюции защиты от хищников у различных групп потенциальных жертв и широкого спектра различных хищников, говорит Алиса Экснерова, профессор зоологии Карлова университета в Праге, которая не принимала участия в новом исследовании.

"Вполне возможно, что процесс отбора особей ярких цветов мог сыграть важную роль в эволюции предупреждающей окраски у других групп животных, помимо амфибий, - говорит Экснерова. Например, существуют рыбы, мотыльки, богомолы и кузнечики со скрытой предупреждающей окраской, которая располагается в середине спектра заметной маскировки. Чтобы проверить, насколько широко распространён этот эволюционный трюк в животном мире, необходимо провести дополнительные исследования, которые могут дать замечательные научные результаты".