Kort nadat hij zijn tweede ambtstermijn als president in 1909 voltooide, nam Teddy Roosevelt een jaar lang jachtsafari in Afrika onder auspiciën van het Smithsonian Institution. Veel van de trofeeën van Roosevelt kwamen terecht in exposities in het Smithsonian en het American Museum of Natural History in New York. De safari-ervaringen van Roosevelt, onthaald in zijn boek African Game Trails (1910), gaven hem sterke meningen over hoe dieren vermengden met of niet samengingen met hun omgeving:
“Zwart en wit zijn normaal gesproken de meest opvallende kleuren in de natuur (en worden toch gedragen door talloze wezens die goed zijn geslaagd in de strijd om het leven); maar bijna elke tint ... harmonieert redelijk goed met ten minste sommige landschappen, en in slechts enkele gevallen bij de grotere zoogdieren, en in bijna geen van degenen die de open vlaktes bezoeken, is er de minste reden om te veronderstellen dat het schepsel enige profiteer van wat losjes de 'beschermende kleuring' wordt genoemd. ”
Roosevelt bespot om twee redenen de noties van de beschermende waarde van kleuring. Ten eerste had de op een paard gemonteerde jager extraordinaire weinig moeite om groot wild te spotten, te besluipen en in te pakken; zijn jachtpartij schoot meer dan 500 zoogdieren. Het is duidelijk dat de kleuren van dieren ze niet tegen hem beschermden. En ten tweede, terwijl destijds het feit van evolutie algemeen werd aanvaard door wetenschappers (en Roosevelt), was Darwins verklaring van de primaire rol van natuurlijke selectie als het mechanisme van evolutie dat niet. Natuurlijke selectie was uit de gratie geraakt, met name wat betreft de kleur van dieren. Veel natuuronderzoekers in de jaren 1890 hadden de Darwinistische verklaringen van kleuring bekritiseerd als volledig gebrek aan bewijs en boden andere verklaringen aan. Sommigen suggereerden bijvoorbeeld dat kleuring direct werd veroorzaakt door externe factoren zoals klimaat, licht of dieet.
Deze alternatieve ideeën werden snel tenietgedaan door de opkomst van de wetenschap van de genetica en de demonstratie door fokexperimenten (zoals die oorspronkelijk werden uitgevoerd door Gregor Mendel) dat kleuring een geërfde eigenschap van planten en dieren is. Maar tot de afgelopen jaren wisten we niet hoe genen de kleur van dieren bepalen of hoe variatie in genen de variatie in kleur in de natuur beïnvloedt. Nieuw inzicht in hoe dierenkleuren worden gemaakt, in het bijzonder eenvoudige patronen van zwart en wit, en veldstudies van de voor- en nadelen van kleurenschema's in verschillende habitats, bieden nu enkele van de beste voorbeelden van hoe natuurlijke selectie en evolutie werken.
Een van de meest voorkomende fenomenen in het dierenrijk is het voorkomen van donker gepigmenteerde variëteiten binnen soorten. Alle soorten motten, kevers, vlinders, slangen, hagedissen en vogels hebben vormen die allemaal of meestal zwart zijn. Misschien wel het meest bekend zijn de donkere grote katten, zoals de zwarte luipaard en de zwarte jaguar. Deze prachtige dieren worden vaak in dierentuinen getoond als curiosa, maar ze komen ook in grote aantallen voor in het wild.
Al deze zogenaamde "melanische" vormen zijn het gevolg van een verhoogde productie van pigmentmelanine in de huid, vacht, schubben of veren. Melanische pigmentatie kan vele rollen vervullen. Melanine beschermt ons en andere dieren tegen de ultraviolette stralen van de zon; het kan dieren in koudere klimaten of op grotere hoogten helpen hun lichaam sneller op te warmen, en in tegenstelling tot Roosevelts scepsis over beschermende kleuring, verbergt zwart pigment sommige dieren voor roofdieren.
In de woestijnen van de zuidwestelijke Verenigde Staten, bijvoorbeeld, zijn er ontsluitingen van zeer donkere rotsen die werden geproduceerd door lavastromen in de afgelopen twee miljoen jaar. Onder deze rotsen leeft de rock pocket muis, die voorkomt in donkerzwart en een lichte, zandige kleur. Naturalisten in de jaren 1930 merkten op dat muizen op de lavarotsen typisch melanisch waren, terwijl die op de omliggende zandkleurige granietrotsen meestal licht van kleur waren. Deze kleurafstemming tussen vachtkleur en habitatachtergrond lijkt een aanpassing tegen roofdieren, met name uilen. Muizen die qua kleur op hun omgeving zijn afgestemd, hebben een overlevingsvoordeel ten opzichte van niet-overeenkomende muizen in elk van de twee habitats.
De rock pocket muis is verkrijgbaar in twee kleuren, donker en licht. De donkere passen goed bij lavastenen (rechtsboven) en de lichte zijn gecamoufleerd tegen zandsteen (linksboven). In de "verkeerde" omgeving geplaatst, zijn de muizen gemakkelijk te zien door roofdieren. (Dr. Michael Nachman) 
Zwarte jaguars, zoals de jong aan de linkerkant, hebben een mutatie waardoor ze meer pigmentmelanine produceren dan gevlekte jaguars. (Daniel Karmann / dpa / Corbis) 
Sommige whiptail-hagedissen (deze zijn van het geslacht Aspidoscelis) zijn donkerder dan normaal dankzij een mutatie die vergelijkbaar is met die in donkere jaguars of zwarte schapen. (Dr. Erica Bree Rosenblum) 
Kleinere hagedissen zonder oren zijn er in twee kleuren, afhankelijk van welke versie ze erven van een gen dat de melanineproductie beïnvloedt. (Dr. Erica Bree Rosenblum) 
Hagedissen in het Sceloporeuze geslacht zijn er in verschillende kleuren, gedeeltelijk afhankelijk van welke versie ze van een melanine-gen hebben. (Dr. Erica Bree Rosenblum) 
Het leefgebied van de pocket muizen komt in twee kleuren: donkere lavasteen en lichte zandsteen. (Dr. Michael Nachman) 
Waar rock pocket muizen in donkere lavasteen leven, hebben ze meer kans op een mutatie waardoor ze meer melanine produceren en een donker gekleurde vacht hebben. (Dr. Michael Nachman) Onlangs hebben Michael Nachman en zijn medewerkers aan de Universiteit van Arizona gedetailleerde veld- en genetische studies uitgevoerd van pocket muizen. Ze hebben ontdekt dat de muizen kruisen met muizen uit andere habitats en migreren tussen gesteentetypes. De muizen zijn duidelijk één soort, niet twee. Dus wat maakt bont zwart of licht? Slechts enkele verschillen in de code van een enkel gen. Deze eenvoudige basis van overerving betekent dat de oorsprong van zwarte muizen van lichtgekleurde ouders gebeurde in slechts één of een zeer klein aantal mutatiestappen. Maar voor muizen die de voorheen buitenaardse habitat van zwarte lavastenen binnendrongen, waren die kleine genetische stappen een enorme sprong voorwaarts in termen van evolutie. Nachman en Hopi Hoekstra (nu aan de Harvard University) schatten dat donkere muizen een overlevingsvoordeel van ongeveer 60 procent of meer hebben boven lichte muizen op de donkere lavastenen. Met andere woorden, de vachtkleur bij deze soort is duidelijk onder zeer sterke natuurlijke selectie.
Het gen dat betrokken is bij de oorsprong van melanisme bij muizen met een pocket wordt melanocortinereceptor 1 of MC1R of kort genoemd. Dat is geen heel interessante klomp informatie, totdat ik je vertel dat de melanische vormen van jaguars, sneeuwganzen, poolvossen, feeënvissen, banaquits, gouden leeuwentamarins, arctische jager, twee soorten hagedissen en binnenlandse koeien, schapen en kippen worden veroorzaakt door mutaties in hetzelfde gen. Bij sommige soorten hebben precies dezelfde mutaties onafhankelijk van elkaar plaatsgevonden in de oorsprong van hun donkere vormen. Deze ontdekkingen onthullen dat de evolutie van het melanisme geen ongelooflijk zeldzaam ongeluk is, maar een veel voorkomend, herhaalbaar proces. Evolutie kan zichzelf herhalen.
Melanisme is niet alleen een kwestie van verbergen. De mindere sneeuwgans komt ook voor in twee vormen, een witte en een melanische "blauwe" vorm. Bij deze soort volgt de paringsvoorkeur van individuen het kleurenschema van hun ouders. Blijkbaar leren jonge vogels de kleur van hun ouders en kiezen ze partners langs familielijnen - vogels uit blauwe families geven de voorkeur aan blauwe partners en vogels uit witte families verkiezen witte partners. De paringsvoorkeuren van arctische skua's hebben een extra wending, omdat vrouwen over het algemeen de voorkeur geven aan donkere mannen. Beide vogelsoorten evolueren onder seksuele selectie, een proces dat ook voor het eerst werd beschreven door Darwin, waarbij eigenschappen die voordelig zijn in het paringsspel de voorkeur hebben. Omdat seksuele selectie zo'n sterk effect heeft op het succes van paren, is het een zeer sterke vorm van selectie in de natuur.
Een andere veel voorkomende vorm van kleuring bij dieren is het ontbreken van pigmentatie of albinisme. Deze aandoening wordt vaak waargenomen in natuurlijke populaties van grotbewonende dieren, waaronder vissen, rivierkreeften, insecten, spinnen en andere soorten. Aangenomen wordt dat het algemene voorkomen van albinisme bij grotdieren de keerzijde is van evolutie onder natuurlijke selectie. Dat wil zeggen, met weinig of geen licht, is de natuurlijke of seksuele selectie op pigmentkleur en -patroon ontspannen. Mutaties die pigmentatie afschaffen en die in het algemeen schadelijk zijn voor dieren in andere habitats, worden getolereerd in de duisternis van deze grotten.
Albinisme lijkt ook een eenvoudige genetische basis te hebben die het "gemakkelijk" maakt om te evolueren. Onlangs hebben Meredith Protas en Cliff Tabin aan de Harvard Medical School, Bill Jeffery aan de Universiteit van Maryland en hun medewerkers de genetische basis van albinisme in de Mexicaanse blinde grotvissen vastgesteld. Deze albinovissen worden gevonden in ongeveer 30 grotten in de regio Sierra de El Abra in het noordoosten van Mexico. Elke populatie is afgeleid van een gepigmenteerde, goed zichtbare oppervlakte- of rivierbewonende vorm. De onderzoekers hebben de genetische basis van albinisme in populaties uit de grotten van Pachón en Molino onderzocht en ontdekten dat albinisme in elke populatie werd veroorzaakt door mutaties in hetzelfde pigmentatiegen, maar in elk geval verschillende specifieke mutaties. Ook hier, in deze vissen, heeft de evolutie zich tweemaal herhaald in de oorsprong van dezelfde eigenschap. Bovendien is het specifieke gen dat in deze vissen is gemuteerd ook hetzelfde gen dat verantwoordelijk is voor albinisme bij mensen, varkens, muizen en andere vissoorten.
De natuurlijke geschiedenis van de pocket muizen en grotvissen laten op levendige wijze zien hoe dieren zich hebben aangepast aan een nieuwe omgeving; hoe vreemd die leefgebieden ooit ook waren voor hun voorouders. Deze obscure dieren hebben ook de concrete verbanden gelegd tussen specifieke genen, natuurlijke selectie en evolutie in het wild waarnaar lang door biologen is gezocht. Hoewel niet zo majestueus als de speldieren van de Afrikaanse savanne, illustreren deze dieren grotere lessen die Roosevelt zou hebben gewaardeerd, en misschien zelfs hun eigen, zij het kleine, trofee geval gerechtvaardigd voor het tonen van de voortdurende vooruitgang in het begrijpen van hoe evolutie werkt.
Auteur Bio:
Sean B. Carroll is een evolutiebioloog aan de Universiteit van Wisconsin. Zijn nieuwe boek, Remarkable Creatures: Epic Adventures in the Search for the Origins of Species (Houghton Mifflin Harcourt), beschrijft de ervaringen en ontdekkingen van onverschrokken natuuronderzoekers die de evolutietheorie ontwikkelden en vooruitgingen.
