Почему жизнь эволюционировала и стала такой красочной? Исследования начинают давать нам некоторые ответы

Представьте себе первозданную Землю: мир приглушенных коричневых, серых и зеленых тонов. Перенесемся в наши дни, и Земля засияет калейдоскопом красок. От потрясающих перьев самцов павлинов до ярких цветов – история о том, как Земля стала разноцветной, – это история эволюции. Но как и почему произошел этот взрыв цвета? Последние исследования дают нам ключ к разгадке этой части истории Земли.

Путь к красочному миру начался с эволюции зрения, которое изначально развивалось для того, чтобы отличать свет от темноты более 600 миллионов лет назад. Эта способность, вероятно, возникла у ранних организмов, таких как одноклеточные бактерии, и позволяла им определять изменения в окружающей среде, например направление солнечного света. Со временем развились более сложные зрительные системы, которые позволили организмам воспринимать более широкий спектр света.

Например, трихроматическое зрение – способность различать три разных длины волны, такие как красная, зеленая и синяя, – возникло примерно 500-550 миллионов лет назад. Это совпало с «кембрийским взрывом» (около 541 миллиона лет назад), который ознаменовал быструю диверсификацию жизни, в том числе развитие продвинутых сенсорных систем, таких как зрение.

Первыми животными с трихроматическим зрением были членистоногие (группа беспозвоночных, включающая насекомых, пауков и ракообразных). Трихроматическое зрение появилось у позвоночных 420-500 миллионов лет назад. Эта адаптация помогла древним животным ориентироваться в окружающей среде и обнаруживать хищников или добычу так, как не могло сделать монохроматическое зрение.

Ископаемые останки трилобитов – вымерших морских членистоногих, бродивших по морям более 500 миллионов лет назад, – свидетельствуют о том, что у них были сложные глаза. Это значит, что у них были глаза с множеством маленьких линз, каждая из которых захватывала часть поля зрения, объединяясь в мозаичное изображение. Такие глаза могли распознавать несколько длин волн, обеспечивая эволюционное преимущество в тусклой морской среде за счет улучшения видимости и обнаружения движения.

Лесной дракон Бойда гармонично вписывается в среду обитания. Джонатан Голденберг, CC BY-NC-ND

Сцена была создана: организмы могли видеть красочный мир, прежде чем сами становились красочными.

Первый всплеск ярких красок появился у растений. Ранние растения начали производить разноцветные плоды и цветы, такие как красные, желтые, оранжевые, синие и фиолетовые, чтобы привлечь животных, помогающих растениям рассеивать семена и опылять их.

Аналитические модели, основанные на современной вариации растений, позволяют предположить, что разноцветные плоды, появившиеся примерно 300-377 миллионов лет назад, эволюционировали вместе с животными, рассеивающими семена, такими как ранние родственники млекопитающих. Цветы и их опылители появились позже, около 140-250 миллионов лет назад. Эти нововведения ознаменовали поворотный момент в палитре Земли.

Появление цветковых растений (ангиоспермов) в меловом периоде, более 100 миллионов лет назад, привело к взрыву цвета, поскольку цветы стали более яркими и насыщенными, чем семена, чтобы привлечь опылителей – пчел, бабочек и птиц.

Яркая окраска у животных появилась менее 140 миллионов лет назад. До этого животные были в основном приглушенного коричневого и серого цвета. Эта хронология позволяет предположить, что эволюция цвета не была неизбежной, а формировалась под влиянием экологических и эволюционных факторов, которые могли привести к разным результатам при разных обстоятельствах.

Яркие цвета часто служили своеобразным сигналом для привлечения товарищей, отпугивания хищников или установления доминирующего положения. Вероятно, половой отбор сыграл важную роль в развитии этих изменений.

Динозавры представляют собой наиболее яркие свидетельства ранней окраски животных. Ископаемые меланосомы (пигментсодержащие клеточные структуры, называемые органеллами) у пернатых динозавров, таких как Anchiornis, демонстрируют яркое красное оперение.

Эти перья, вероятно, служили для демонстрации, сигнализируя о пригодности к жизни или отпугивая соперников. Аналогично, окаменевшие чешуйки зеленой и черной змеи десятимиллионной давности свидетельствуют о раннем использовании цвета для сигнализации или маскировки.

Эта змея, борнейская килеватая зеленая ямная гадюка, бывает разных цветов. Джонатан Голденберг, CC BY-NC-ND

Эволюция цвета не всегда однозначна. Возьмем, к примеру, ядовитых лягушек. Эти маленькие амфибии демонстрируют яркие оттенки синего, желтого или красного, но не для того, чтобы привлечь товарищей, а чтобы предупредить хищников о своей токсичности – это явление известно как апосематизм.

Но некоторые их близкие родственники, столь же ядовитые, сливаются с окружающей средой. Так зачем же эволюционировать ярким предупреждающим сигналам, если камуфляж также может отпугивать хищников? Ответ кроется в местном сообществе хищников и стоимости получения цвета. В регионах, где хищники научились ассоциировать яркие цвета с токсичностью, заметная окраска является эффективной стратегией выживания. В других условиях может сработать сливание с окружающей средой.

Рыбы-клоуны приманивают других рыб к анемоне своими яркими цветами. Джонатан Голденберг, CC BY-NC-ND

В отличие от многих млекопитающих, которые обладают дихроматическим зрением и видят меньше цветов, большинство приматов, включая человека, обладают трихроматическим зрением, что позволяет нам воспринимать более широкий спектр оттенков, включая красные. Это, вероятно, помогало нашим предкам находить фрукты в лесах и, вероятно, играло роль в социальной сигнализации. Мы видим цветы иначе, чем опылители, такие как пчелы, которые могут обнаруживать невидимые для нас ультрафиолетовые узоры, что подчеркивает, как цвет соответствует экологическим потребностям вида.

Мир продолжает меняться

Палитра Земли не является статичной. Изменение климата, утрата среды обитания и влияние человека изменяют селективное давление на окраску, что потенциально может изменить визуальный ландшафт будущего. Например, некоторые виды рыб, подвергающиеся воздействию загрязненных вод, теряют свои яркие цвета, поскольку токсины нарушают выработку пигмента или визуальную коммуникацию.

Если обратиться к прошлому, то история цветов Земли – это история постепенной трансформации, сменяющейся всплесками инноваций. От древних морей, где трилобиты впервые увидели мир в цвете, до ослепительных цветов современных птиц и цветов – жизнь на Земле раскрашивает свой холст уже более полумиллиарда лет.

Какой будет следующая глава этой яркой истории?