Ewolucja ćmy pierzastej

Ewolucja ćmy pieprzowej była szczegółowo badana przez ostatnie 150 lat. Na początku prawie wszystkie ćmy były jasno ubarwione. To dało im kamuflaż przed jasnymi drzewami i porostami, gdzie odpoczywały w ciągu dnia. W miarę wzrostu zanieczyszczenia środowiska podczas rewolucji przemysłowej w Anglii, wiele porostów wymarło. Drzewa poczerniały od sadzy, a większość jasnokolorowych ćm, czyli typica, stała się rzadka. W tym samym czasie, ciemno kolorowe, lub melanic, ćmy, carbonaria, kwitł. Zmiana ta nastąpiła, ponieważ najlepiej zakamuflowane ćmy lepiej przetrwały. Termin melanizm przemysłowy odnosi się do genetycznego ciemnienia gatunków w odpowiedzi na zanieczyszczenia.

Od tego czasu, wraz z poprawą środowiska, jasnokolorowe ćmy pieprzowe znów stały się powszechne. W wyniku stosunkowo prostych i łatwych do zrozumienia okoliczności adaptacji, ćma pieprzowa stała się częstym przykładem używanym do wyjaśniania lub demonstrowania doboru naturalnego.

Biston betularia f. typica , jasnobarwna ćma pieprzowa.

Melaniczny morfem carbonaria

Powstanie i upadek melanizmu

Melanizm pojawił się w europejskich i północnoamerykańskich populacjach ćmy pieprzowej. Informacje o początkowym wzroście częstości melanizacji są skąpe. Znacznie więcej wiadomo o późniejszym spadku częstości występowania fenotypu, ponieważ był on mierzony za pomocą pułapek na ćmy.

Czarny pieprz ćma została znaleziona w 1811 roku, rzadkość, bez wątpienia spowodowane przez mutację genu. Do 1864 roku ciemniejsza forma "carbonaria" była bardziej powszechnym morfem w Manchesterze. Do roku 1895 osiągnęła ona w Manchesterze częstotliwość 98%.

Od około 1962 roku do chwili obecnej, częstotliwość występowania fenotypu carbonaria stale spada. Jej spadek został zmierzony dokładniej niż jej wzrost, dzięki lepszym badaniom naukowym. Bernard Kettlewell przeprowadził krajowe badania w 1956 roku, Bruce Grant przeprowadził podobne na początku 1996 roku, a L.M. Cook w 2003 roku.

Podobne wyniki uzyskano w Ameryce. Formy melaniczne nie zostały znalezione w Japonii. Może to wynikać z faktu, że ćmy pieprzowe w Japonii nie żyją w regionach uprzemysłowionych.

Eksperymenty z drapieżnikami

W 1896 roku J.W. Tutt zasugerował, że zwiększona proporcja carbonaria była spowodowana zróżnicowanym drapieżnictwem ptaków. Oznaczało to, że ptaki wzięły więcej jasnych ćmy w ciemnych obszarach, a więcej ciemnych ćmy w jasnych obszarach. Różne eksperymenty zostały przeprowadzone na drapieżnictwo ćmy pieprzowej, a każdy z nich poparł tę hipotezę.

Najsłynniejsze eksperymenty nad ćmą pieprzową przeprowadził Bernard Kettlewell pod nadzorem E.B. Forda. W jednym z eksperymentów Kettlewella ćmy zostały wypuszczone do dużej woliery (18 m na 6 m), gdzie żywiły się nimi sikory bogatki (Parus major). W 1953 roku Kettlewell przeprowadził eksperyment w Cadbury Nature Reserve w Birmingham. Oznakował, wypuścił i ponownie złapał oznakowane ćmy. Stwierdził, że w zanieczyszczonych lasach, więcej morfów typica zostały podjęte. Pokazało to, że fenotyp melanistyczny był ważny dla przetrwania ćmy pieprzowej w takim siedlisku. Kettlewell powtórzył eksperyment w 1955 roku w niezanieczyszczonym lesie w Dorset, a następnie w zanieczyszczonym lesie w Birmingham. Towarzyszył mu Niko Tinbergen, a oni nakręcili z tego film. Dalsze badania prowadzone przez innych znalazły podobne wyniki. Wreszcie, w 1996 roku, prace po obu stronach Atlantyku znalazły korelację między zmianami w częstotliwościach melanicznych i poziomem zanieczyszczenia.

Eksperyment terenowy w biologii zawsze będzie miał w sobie pewną sztuczność, ale musi być ona zrównoważona z praktycznością i kosztami. Najważniejszym aspektem jest to, że eksperyment dostarcza użytecznych informacji. Jedynymi wcześniejszymi eksperymentami tego typu były eksperymenty R.A. Fishera i E.B. Forda z szkarłatną ćmą tygrysią.

Późniejsze eksperymenty

W 2000 roku Majerus opracował plany dalszych eksperymentów. W głównym eksperymencie prowadzonym w Cambridge w latach 2001-2007 Majerus dodał eksperyment mający na celu sprawdzenie, czy drapieżnictwo nietoperzy mogło wpłynąć na wyniki - okazało się, że nietoperze żerowały w równym stopniu na obu formach ćmy. Zaobserwował wiele gatunków ptaków żerujących na ćmach. Na podstawie ogólnych danych doszedł do wniosku, że zróżnicowane drapieżnictwo ptaków było głównym czynnikiem odpowiedzialnym za spadek częstości występowania ćmy carbonaria w porównaniu z typica w Cambridge w okresie objętym badaniami. Opisał on swoje wyniki jako całkowite potwierdzenie historii ćmy pieprzowej i powiedział: "Jeśli wzrost i upadek ćmy pieprzowej jest jednym z najbardziej wizualnie oddziałujących i łatwo zrozumiałych przykładów ewolucji darwinowskiej w działaniu, to powinien być nauczany. Stanowi ona przecież dowód na istnienie ewolucji".

Majerus zmarł zanim zdążył dokończyć spisywanie swoich eksperymentów, ale praca była kontynuowana przez innych. W artykule stwierdzono, że "dane te dostarczają najbardziej bezpośrednich dowodów na istnienie kamuflażu i drapieżnictwa ptaków jako nadrzędnego wyjaśnienia dla wzrostu i spadku melanizmu u ćmy". Nowe dane, w połączeniu z wagą poprzednich danych pokazują, że "przemysłowy melanizm w pieprzu ćmy jest nadal jednym z najwyraźniejszych i najbardziej zrozumiałych przykładów ewolucji darwinowskiej w akcji".

Sikora Wielka, ptak owadożerny.

Kamuflaż gąsienic (Camouflage of caterpillars)

Gąsienice Biston betularia również występują w dwóch formach, z których każda jest przystosowana do innej sytuacji. Ubarwienie ciała gąsienic dopasowane jest do brązowych lub zielonych gałązek rośliny żywicielskiej. Dzieje się to dzięki mechanizmowi zwanemu polifenizmem. Polifenizm jest rodzajem polimorfizmu, w którym różne formy zwierzęcia są powodowane przez ten sam genom. Zwierzę dziedziczy zdolność, ale środowisko decyduje o tym, która forma się rozwinie. Kontrastuje to z polimorfizmem genetycznym osobników dorosłych, gdzie każdy morf (forma) dziedziczy nieco inny genom.

Polifenizm występuje, gdy zwierzę dziedziczy przełącznik rozwojowy. Przełącznik ten jest wrażliwy na pewne wskazówki środowiskowe lub wyzwalacze. W tym przypadku badacze odkryli, że doświadczenie wzrokowe wywołuje precyzyjne dopasowanie kolorów.

"Ich indukowany kolor ciała ... dopasowywał się do długości fali światła, na które były wystawione ... potencjał do zmiany koloru jest zachowany do ostatniego (szóstego) stadium larwalnego. Biorąc pod uwagę ich szeroki zakres żywicielski, ten bezpośrednio indukowany polifenizm barwny prawdopodobnie zapewnia gąsienicom silną ochronę przed drapieżnictwem ptaków".

Gąsienice Biston betularia na brzozie (po lewej) i wierzbie (po prawej), demonstrujące polifenizm barwny

Powiązane strony

Pytania i odpowiedzi

P: Jaka jest ewolucja ćmy pieprzowej?

O: Ewolucja ćmy pieprzowej odnosi się do tego, jak wygląd ćmy zmienił się w odpowiedzi na zanieczyszczenie środowiska podczas rewolucji przemysłowej w Anglii.

P: Dlaczego prawie wszystkie ćmy były jasno ubarwione?

O: Prawie wszystkie ćmy pieprzowe były początkowo jasne, ponieważ zapewniało im to kamuflaż na tle jasnych drzew i porostów, na których odpoczywały w ciągu dnia.

P: Co stało się z drzewami podczas rewolucji przemysłowej w Anglii?

O: Podczas rewolucji przemysłowej w Anglii drzewa poczerniały od sadzy.

P: Co stało się z jasnymi ćmami (typica) podczas rewolucji przemysłowej?

O: Podczas rewolucji przemysłowej większość jasnych ćm stała się rzadka, ponieważ porosty wymarły, a drzewa poczerniały od sadzy.

P: Co stało się z ciemno ubarwionymi ćmami (carbonaria) podczas rewolucji przemysłowej?

O: Podczas rewolucji przemysłowej ciemno ubarwione ćmy rozkwitły, ponieważ były lepiej zakamuflowane i dlatego lepiej przetrwały.

P: Czym jest melanizm przemysłowy?

O: Melanizm przemysłowy odnosi się do genetycznego ciemnienia gatunków w odpowiedzi na zanieczyszczenia.

P: Co stało się z jasno ubarwionymi ćmami pieprzowymi od czasu rewolucji przemysłowej?

O: Od czasu rewolucji przemysłowej, jasne ćmy pieprzowe ponownie stały się powszechne dzięki ulepszonemu środowisku.