Как жизнь на Земле развилась настолько яркой
Путешествие к красочному миру началось с эволюции зрения, которое изначально развилось более 600 миллионов лет назад, чтобы отличать свет от темноты. Эта способность, вероятно, возникла у ранних организмов, таких как одноклеточные бактерии, позволяя им обнаруживать изменения в окружающей среде, например, направление солнечного света. Со временем развились более совершенные зрительные системы, позволившие организмам воспринимать более широкий спектр света.
Первыми животными, обладавшими трихроматическим зрением, были членистоногие. У позвоночных оно появилось 420-500 миллионов лет назад. Эта адаптация помогала древним животным ориентироваться в окружающей среде и обнаруживать хищников или добычу способами, недоступными для монохроматического зрения.
Ископаемые останки трилобитов, вымерших морских членистоногих, обитавших в морях более 500 миллионов лет назад, свидетельствуют о том, что у них были сложные глаза. Речь идет о глазах с множеством маленьких линз, каждая из которых захватывает часть поля зрения, и в сочетании они образуют мозаичное изображение. Эти глаза могли воспринимать различные длины волн, что давало эволюционное преимущество в условиях слабого освещения в море за счет улучшения видимости животных и обнаружения движения.
Все было готово: организмы могли видеть красочный мир до того, как они сами стали красочными.
Когда же все стало цветным?
Первый всплеск яркой окраски произошел от растений. Ранние растения начали давать яркие плоды и цветы, такие как красные, желтые, оранжевые, синие и фиолетовые, чтобы привлечь животных, помогающих растениям в распространении семян и опылении.
Аналитические модели, основанные на современной изменчивости растений, предполагают, что красочные плоды, появившиеся примерно 300-377 миллионов лет назад, эволюционировали совместно с животными, распространяющими семена, такими как ранние родственники млекопитающих. Цветы и их опылители появились позже, около 140-250 миллионов лет назад. Эти нововведения ознаменовали поворотный момент в истории Земли.
Появление цветковых растений в меловой период, более 100 миллионов лет назад, привело к взрыву красок, поскольку цветы приобрели более яркие оттенки, чем семена, чтобы привлечь таких опылителей, как пчелы, бабочки и птицы.
Заметная окраска у животных появилась менее 140 миллионов лет назад. Раньше животные были в основном приглушенно-коричневыми и серыми. Эта хронология позволяет предположить, что эволюция окраса не была неизбежной, а определялась экологическими и эволюционными факторами, которые могли привести к разным результатам при разных обстоятельствах.
Яркие цвета часто использовались для привлечения партнеров, отпугивания хищников или установления господства. Вероятно, важную роль в этих изменениях сыграл половой отбор.
Динозавры являются одними из наиболее ярких свидетельств ранней окраски животных. Окаменевшие меланосомы (содержащие пигмент клеточные структуры, называемые органеллами) у пернатых динозавров, таких как Анхиорнис, демонстрируют ярко-красное оперение. Эти перья, вероятно, служили демонстрационным целям, сигнализируя о пригодности для самок или отпугивая соперников.
Однако эволюция цвета не всегда однозначна. Возьмем, к примеру, ядовитых лягушек. Эти мелкие земноводные демонстрируют яркие оттенки синего, желтого или красного не для привлечения самок, а для предупреждения хищников об их токсичности — явление, известное как апосематизм.
Но некоторые из их близких родственников, не менее токсичные, сливаются с окружающей средой. Так зачем же создавать яркие предупреждающие сигналы, если камуфляж также может отпугивать хищников? Ответ кроется в местном сообществе хищников и «стоимости» создания окраски. В регионах, где хищники учатся ассоциировать яркие цвета с токсичностью, бросающаяся в глаза окраска является эффективной стратегией выживания. В других условиях может сработать смешение с другими животными.
В отличие от многих млекопитающих, которые обладают дихроматическим зрением и различают меньшее количество цветов, большинство приматов, включая человека, обладают трихроматическим зрением, позволяющим нам воспринимать более широкий спектр оттенков, включая красный. Это, вероятно, помогало нашим предкам находить фрукты в лесах и играло роль в передаче социальных сигналов. Однако, увы, но мы видим цветы иначе, чем пчелы-опылители, которые могут улавливать невидимые для нас ультрафиолетовые узоры, подчеркивая, как цвет соответствует экологическим потребностям вида.
Палитра Земли не является неизменной. Изменение климата, утрата среды обитания и влияние человека влияют на выбор цветов, что потенциально может изменить визуальный ландшафт будущего. Например, некоторые виды рыб, находящиеся в загрязненных водах, теряют свою яркую окраску, поскольку токсины нарушают выработку пигмента или визуальную коммуникацию.