Белые ящерицы в белых песках

На фото — пятнистая глухая игуана (Holbrookia maculata) в национальном парке Белые пески, штат Нью-Мексико. Эта территория в 710 кв. км покрыта слоем гипса, который представляет из себя водный сульфат кальция. Жизнь в белой гипсовой пустыне заставила ящериц поменять свою обычно коричневую окраску на почти белую.

Раньше эту территорию занимало пермское море, которое высохло и оставило после себя слой осадочных пород. В результате тектонических процессов произошел разлом, и образовалась долина Тулароза (Tularosa Basin), с запада и востока ограниченная хребтами Сан-Андрес (San Andres Mountains) и Сакраменто (Sacramento Mountains). В последний ледниковый период, 24–12 000 лет назад, климат стал более влажным, дожди и тающие снега, спускаясь с хребтов, наносили в долину гипс и формировали озеро. Так образовалось древнее озеро Отеро, занимавшее почти всю долину Тулароза.

Затем климат резко изменился, стал сухим и теплым, озеро Отеро начало мелеть и 4000 лет назад высохло окончательно. От него остались значительно меньшее по размеру озеро Лусеро (Lake Lucero), в дождливые сезоны наполняющееся водой, и огромная соляная равнина. Теперь это главное хранилище кристаллов гипса — селенитов. Вода и преобладающие юго-западные ветра превращают селениты в песок и гонят его на северо-восток, покрывая территорию белыми дюнами и диктуя свои условия их обитателям.

Кроме пятнистой глухой игуаны в Белых песках обитают еще два вида ящериц: заборная игуана Коулза (Sceloporus cowlesi) и полосатая хлыстохвостая ящерица, которую одни авторы считают подвидом Aspidoscelis inornata gypsi, а другие выделяют в самостоятельный вид Aspidoscelis gypsi. Все эти ящерицы приспособились к жизни в белой гипсовой пустыне, причем с точки зрения эволюции это произошло довольно быстро: возраст белых песков в Туларозе — всего около семи тысяч лет.

Некоторые виды ящериц, например хамелеоны и анолисы, способны менять окраску в ответ на внешние раздражители (стресс, температуру, цвет субстрата), перераспределяя пигмент между слоями кожи. Это фенотипическая пластичность — способность варьировать какой-либо признак без изменения генотипа. Ящерицы Белых песков также могут в какой-то степени менять тон кожи при изменении температуры внешней среды, однако кардинальная смена окраски с коричневого на белый или серый обусловлена генетическими мутациями. Интересно, что на примере этих видов мы можем одновременно наблюдать несколько ведущих механизмов эволюции: мутацию — стойкое изменение генома, дивергенцию — расхождение признаков в результате изменения среды обитания и конвергенцию — сходное развитие признаков у различных таксонов, обитающих в похожих условиях.

У всех трех ящериц наблюдаются мутации в гене, который кодирует белок Mc1r, отвечающий за синтез темного пигмента меланина, — только у разных видов замещаются разные аминокислоты. У заборной игуаны это приводит к снижению способности Mc1r встраиваться в клеточную стенку меланоцитов, а у хлыстохвостой ящерицы снижается способность рецептора трансформировать сигнал. Получается, что мутации даже по одному гену могут иметь разный механизм, но в итоге приводят к одинаковому результату: нарушается синтез меланина, и ящерицы светлеют. У подвида пятнистой глухой игуаны H. maculata ruthveni также наблюдается замена одной из аминокислот в Mc1r, но пока неизвестно, по какому именно механизму здесь идет изменение окраски и только ли этот ген участвует в этом процессе.

Наследуются эти изменения тоже по-разному: у заборной игуаны светлая кожа — доминантный признак, то есть достаточно мутированного гена только у одного из родителей. А у полосатой хлыстохвостой ящерицы этот же признак рецессивен — на генном уровне он должен присутствовать у обоих родителей, хоть может и не проявляться внешне. Такие различия в наследовании могут влиять на яркость цвета, скорость адаптации и поток генов, а в конечном итоге — на скорость видообразования в новых условиях.

В результате адаптации к новой среде обитания изменилась не только фоновая окраска кожи, но и некоторые другие анатомические особенности. У заборной игуаны увеличился размер головы и сила укуса — как приспособление к более жестким кормовым объектам, обитающим в Белых песках. И сами ящерицы тоже стали немного больше, а вместе с этим увеличился и размер сигнальных пятен, которые играют доминирующую роль в социальных взаимодействиях, как внутривидовых, так и межвидовых. Цвет этих сигнальных пятен также изменился у всех трех видов ящериц. Пятна отвечают за агрессию у самцов по отношению друг к другу, а также определяют межполовое поведение. У самок сигнальные пятна меньше, чем у самцов, а у коричневых самцов — меньше, чем у белых. Поэтому самцы заборной игуаны из Белых песков принимают коричневых самцов за своих самок и начинают за ними ухаживать вместо того, чтобы защищать свою территорию. А вот самцы пятнистой глухой игуаны, также ориентируясь на сигнальные пятна, наоборот, хранят верность своим дамам, даже если тем покрасить спинки в коричневый цвет. Поэтому генный поток между популяциями пятнистой глухой игуаны сведен практически к нулю, то есть животные из Белых песков практически не скрещиваются со своими собратьями, живущими за границей пустыни. Поэтому и фенотипическая дивергенция (разница во внешнем виде) между ними максимальна. У двух других видов много вариантов переходной окраски.

Вместе с цветом кожи поменялось и поведение ящериц. В отличие от своих собратьев нормальной окраски, ящерицы Белых песков чаще и дольше греются на открытых местах, проходят более значительные расстояния. При этом они менее осторожны, позже замечают хищника, зато убегают намного чаще. Возможно, это связано с тем, что плотность естественных врагов в Белых песках меньше, поэтому и жизнь у ящериц здесь спокойнее. Или с тем, что белый гипсовый песок сильно отражает солнечный свет, а это может влиять на остроту зрения и восприятие движения.

Кроме белых ящериц по Белым пескам Нью-Мексико бегают белые мешотчатые прыгуны Perognathus flavescens, а белые барашковые лопатоноги (Scaphiopus couchii) лакомятся белыми сверчками Ammobaenites phrixocnemoides. Однако далеко не все животные в Белых песках стали белыми. Там обитают вполне нормально окрашенные койоты, лисы, барсуки, около двухсот видов птиц и даже один вид рыб — Cyprinodon tularosa, не говоря о множестве беспозвоночных. Многие ведут ночной образ жизни или используют логова, прячась от невыносимой дневной жары и врагов.

Гипсовая пустыня — серьезное испытание на выносливость, однако те, кто смог к ней адаптироваться, получают большие преимущества в виде низкой плотности хищников и слабой межвидовой конкуренции. А для ученых Белые пески — кладезь для изучения механизмов эволюции, которые работают практически у нас на глазах.