Карен Варкентин, у високим маслинастозеленим гуменим чизмама, стоји на обали бетонског баре на рубу панамске прашуме. Повуче широки зелени лист који је још увек везан за грану и указује на сјајни стисак јајета попут јаја. „Ови момци су изводљиви“, каже она.
Из ове приче
[×] ЗАТВОРИ
Змија папагаја домује на јајима жаба црвених очију, што може одговорити на њен приступ. (Цхристиан Зиеглер) 
Вољени симбол биолошке разноликости, црвеноока стабла жаба, приказана овде у Панами, развила је флексибилну стратегију за опстанак. (Цхристиан Зиеглер) 
Жаба јаја дан након што су положена. (Цхристиан Зиеглер) 
Јаја четири дана након полагања. (Цхристиан Зиеглер) 
Јаја се лијепе за лист преко отвора за воду. (Цхристиан Зиеглер) 
Падне за слободно пливање. (Цхристиан Зиеглер) 
Карен Варкентин каже да су одлуке о понашању ембрија жаба можда сложеније него што смо замислили. (Рицхард Сцхултз (3)) 
Зашто испупчене црвене очи? Да изненаде предаторе како би жаба могла скочити - научници то називају "боја боја". (Цхристиан Зиеглер) 
Фото галерија
Жабе црвених очију, Агалицхнис цаллидриас, полажу јаја на лишће на ивици језерца; кад се ловокракови излегу, падају у воду. Јаје се обично излеже шест до седам дана након што га положи. Они на које Варкентин указује, судећи према њиховој величини и облику, стари су око пет дана, каже она. Ситна тијела показују кроз бистру мембрану напуњену гелом. Под микроскопом црвена срца би била само видљива.
Она посегне доље да влажи руку у води у базену. „Они се заправо не желе излечити“, каже, „али могу.“ Извлачи лист преко воде и лагано проводи прстом по јајима.
Спроинг! Изнеће се малени шећер. Слети делимично низ лист, трза се и пада у воду. Следе још једна и друга њена браћа и сестре. "Није ми досадно да гледам", каже Варкентин.
Са само једним прстом, Варкентин је показао феномен који трансформише биологију. Након што деценијама размишљају о генима као "нацрту" - кодирани ДНК ланци диктирају нашим ћелијама тачно шта да раде и када то радити - биолози се помирују са збуњујућом стварношћу. Живот, чак и ентитет наоко једноставан као жабље јаје, флексибилан је. Има могућности. У пет или више дана, јајашца жаба црвених очију, развијају се тачно према распореду, могу изненада кренути другачијим путем ако открију вибрације нападнуте змије: изваде се рано и искусе срећу у базену испод.
Изненађујућа реакција јаја открива револуционарни концепт у биологији који се назива фенотипска пластичност, а то је флексибилност коју организам показује преводећи своје гене у физичке карактеристике и радње. Фенотип је готово све о организму који није његов ген (који научници називају генотипом). Концепт фенотипске пластичности служи као протуотров за поједностављено размишљање о узроцима и последицама о генима; покушава да објасни како ген или скуп гена могу довести до вишеструких исхода, делимично у зависности од тога шта се организам сусреће у свом окружењу. Проучавање еволуције толико је дуго усредсређено на саме гене да су, каже Варкентин, научници претпоставили да су "појединци различити јер су генетски различити. Али много варијација тамо потиче од утицаја на животну средину. “
Када кућна биљка направи блеђе лишће на сунцу и водена бува узгаја бодље како би се заштитила од гладних риба, они показују фенотипску пластичност. У зависности од окружења - било да постоје змије, урагани или несташица хране - организми могу донети различите фенотипе. Природа или неговање? Па, обоје.
Реализација има велике импликације на начин на који научници размишљају о еволуцији. Фенотипска пластичност нуди решење пресудне загонетке о томе како се организми прилагођавају изазовима животне средине, намерно или не. И нема више задивљујућег примера урођене флексибилности од ових жабјих јајашца - слепе гуске масе генетски програмиране да се развијају и излегу попут казаљке на сату. Или се тако чинило.
Излежавање жаба са црвеним очима избегавало је гладне змије много времена пре него што је Варкентин почео да проучава феномен пре 20 година. „Људи нису размишљали да јаја имају могућност да покажу ову врсту пластичности“, каже Мике Риан, њен докторат саветник са Универзитета у Тексасу у Аустину. „Било је врло јасно, док је радила докторску тезу, да је то веома, веома богато поље које је сама сама измислила.“
Карен Мартин, биолог са Универзитета Пеппердине, такође проучава лезење пластике. "Излежавање као одговор на неку врсту претње био је врло важан увид", каже Мартин. „Мислим да је она прва имала заиста добар пример тога.“ Она хвали Варкентинин упорни напор да научи велике часове биологије из јајних жаба: „Мислим да би многи људи погледали овај систем и рекли:„ Ево врста чудне ствари из које бих могао извући неке папире, а сада ћу кренути даље и погледати неку другу животињу. " Она се посветила разумевању овог система. "
Варкентиново истраживање „тера нас да пажљивије размислимо о томе како организми реагују на изазове чак и врло рано у животу“, каже Елдредге Бермингхам, еволутивни биолог и директор Института за тропска истраживања Смитхсониан (СТРИ, изречено „стрино око“) у Гамбои, Панама Варкентин, професор биологије на Универзитету у Бостону, спроводи своје теренске студије на СТРИ. Ту ми је показала како кашира јаја која ће се излити.
Кадице које скачу са мокрог лишћа још увек имају мало жуманце на стомаку; вероватно им неће требати јести још дан и по. Варкентин наставља трљати док их не остане само неколико, тврдоглаво се скривајући унутар својих јаја. "Наставите", говори им. "Не желим вас све остављати овде."
Последњи од пупољка слети у воду. Предаторске бубе познате као бацксвиммерс чекају на површини, али Варкентин каже да је спасила љепотице од још горе судбине. Њихова мајка је пропустила траг, положивши их на лист који није доспео до баре. "Ако би се излегли на тлу", каже она, "тада би они били само храна за мравље."
***
Варкентин је рођена у Онтарију, а њена породица се преселила у Кенију када је имала 6. Њен отац радио је са Канадском агенцијом за међународни развој како би обучавао наставнике у новој независној земљи. Тада се заинтересовала за тропску биологију, играла се с камелеонима и гледала жирафе, зебре и газеле на путу за школу у Најробију. Њена породица се вратила у Канаду неколико година касније, али са 20 година одлази аутостопом и бацкпакингом по Африци. „То се чинило потпуно разумним у мојој породици“, каже она.
Пре него што је започела докторат, отишла је у Костарику како би сазнала више о тропима и потражила истраживачку тему. Земаљска јаја црвене очи жаба привукла је њено интересовање. Посетила је исти рибњак изнова и изнова, и посматрала.
„Имао сам искуства - за коју сам сигуран да су је имали и други тропски херпетолози и можда нисам размишљао о томе - ако имате квачило у касном стадијуму, ако налетите на њих, они ће вас засметати“, каже Варкентин . "Налетео сам на квачило и сви су се избацивали."
Такође је видела змије на језеру. "Оно што сам мислила је, вау, питам се шта би се десило ако змија налети на њих", каже она и смеје се. „Као, са устима?“ Заиста је открила да ако се змија појави и почне да напада квачило, јаја се излегу рано. Ембриони унутар јајашаца могу чак открити разлику између змије и других вибрација на листу. „То је ствар изласка на терен и посматрања животиња“, каже она. "Рећи ће вам ствари које понекад нисте очекивали."
Биолози су мислили да је та врста флексибилности добила на путу проучавања еволуције, каже Анураг Агравал, еволуцијски еколог са Универзитета Цорнелл. Више не. Узбудљиво је што је Варкентин документовао дивне нове ствари о каризматичној жаби, али Агравал каже да ту има много више. „Мислим да је заслужна за то што је превазишла ону„ звиждук “и постављала нека концептуална питања из екологије и еволуције.“
Које су предности једне тактике преживљавања у односу на другу? Чак и 5-дневна жаба мора уравнотежити добробит избегавања гладне змије против трошкова раног измуљења. А у ствари, Варкентин и њене колеге документовали су да је рано издувано младунче мање вероватно да ће њихова браћа касно излежавати преживети до одрасле доби, нарочито у присуству гладних вучјих нимфа.
Пластичност не омогућава само да се жабе у овом тренутку носе са изазовима; чак може да купи време да се догоди еволуција. Варкентин је открио да се и тадполови рано излежу ако им пријети опасност од пресушивања. Ако би прашума постепено постајала све влажнија, такво рано излежавање може постати стандардно након безброј генерација, а жаба може изгубити своју пластичност и еволуирати у нову, брзо излијевајућу врсту.
Једно од основа еволуцијског размишљања је да су насумичне генетске мутације у ДНК организма кључ за прилагођавање изазову: Случајно се мења низ секвенци, појављује се нова особина, организам прелази на измењени ДНК на следећи генерација и на крају настаје другачија врста. Сходно томе, пре неколико десетина милиона година, неки сисари су стекли мутације које му омогућавају да се прилагоди животу у океану - а његови потомци су китови које познајемо и волимо. Али пластичност нуди другу могућност: Сам ген не мора мутирати да би се добио нова особина на површини. Уместо тога, нешто у околини може нагнати организам да направи промене повлачењем варијације која већ постоји у његовим генима.
Дакако, теорија да би пластичност могла да произведе нове особине је контроверзна. Њен главни заговорник је Мари Јане Вест-Еберхард, пионирски теоретски биолог из Костарике повезан са СТРИ и ауторком утицајне књиге из 2003. Развојна пластичност и еволуција . „20. век се назива веком гена“, каже Вест-Еберхард. "21. век обећава век животне средине." Она каже да је мишљење о коме је концентрисано мутација "еволуциона теорија у порицању." Дарвин, који није ни знао да гени постоје, имао је право, каже: Оставио је отворен могућност да нове особине могу настати због утицаја околине.
Вест-Еберхард каже да је Варкентинова група "показала изненађујућу способност сићушних ембриона да доносе адаптивне одлуке засноване на изузетној осетљивости на своје окружење." Таква варијација, каже Вест-Еберхард, "може довести до еволуцијске диверзификације становништва."
Иако се не слажу сви са Вест-Еберхардовом теоријом о томе како пластичност може донијети новост, многи научници сада мисле да ће се фенотипска пластичност појавити када организми живе у окружењу које варира. Пластичност може дати биљкама и животињама времена да се прилагоде када се бацају у потпуно ново окружење, као на пример када семе избаци на острво. Сјеме које није толико избирљиво у погледу својих потреба за температуром и светлошћу може се боље снаћи на новом месту - и можда неће морати да чека адаптивне мутације.
Такође, многи научници мисле да пластичност може помоћи организмима да испробавају нове фенотипе, а да им се у потпуности не посвете. Рано излечење, на пример. Различите врсте жаба увелико се разликују по томе колико су развијене у тренутку излијевања. Неки имају стрњав реп и једва пливају; друге су потпуно формиране, четвороножне животиње. „Како добијате такву еволуирану варијацију?“, Пита Варкентин. „Да ли пластичност у времену излечења игра улогу у томе? Не знамо, али то је сасвим могуће. "
***
Град Гамбоа саградила је између 1934. и 1943. компанија Панама Цанал Цомпани, америчка владина корпорација која је контролисала канал до 1979. године, када је предат Панами. Гамбоа, на ивици прашуме, део је града-духова, дела спаваћих соба за град Панама и дела научног летњег кампа. Поприлично неколико становника су научници и особље у СТРИ.
Када сам посетио, Варкентинов тим имао је до десетак људи, укључујући неколико студената који она назива "клинцима". Једног јутра поседа снажног изгледа младих људи у гуменим чизмама, руксацима и шеширима одлази до Варкентинове лабораторије и корака преко терена иза школе, поред тениских терена.
Јамес Вонесх, професор на Универзитету Виргиниа Цоммонвеалтх, који је постдокторско заједништво са Варкентином и још увијек сарађује с њом, истиче свој омиљени знак у граду, застој из ере Цанал Зоне: "Но Нецкинг". Сликана је на предњој страни трибине на старом базену, који су сада део локалног ватрогасног клуба. Затим објашњава једном од деце шта значи "везање".
Ходају низ пут у расадник за аутохтоне биљке, прелазе ров на ногоступу и стижу до експерименталног рибњака. Изграђена је од бетона према спецификацијама које су дали Варкентин и Стан Ранд, угледни истраживач жаба из компаније СТРИ, који су умрли 2005. године.
На далекој страни рибњака је истраживачко подручје групе, омеђено јарком са једне стране и потоком, затим прашумом, с друге стране. Постоји метално кровиште са отвореним странама, окружено десетинама резервоара за стоку сто литара који се користе у експериментима. Изгледају као канте постављене да ухвате низ изузетно великих цурења. Вонесх говори о водоводном систему с више ентузијазма него што се чини. "Можемо напунити резервоар за стоку за три или четири минута!", Узвикне он.
Све то брзо пуњење значи да истраживачи могу да раде брзе експерименте о којима други водени еколози могу само да сањају. Данас они демонтирају експеримент на предатора. Пре четири дана у сваки од 25 резервоара стављено је 47 пупољака, заједно с једним Белостоматидом, врстом водене кукце која једе тадполе. Данас ће пребројати пупољке како би сазнали колико су појели Белостоматиди.
Огроман плави лептир морфова лепрша поред, прекривајућих крила шокантним пљуском електричне плаве боје против бујне зелене шуме. "Они долазе, као, на истом месту у исто доба дана", каже Варкентин.
„Кунем се да то видим свако јутро“, каже Вонесх.
„То је морфо у 9:15“, каже Варкентин.
Варкентин објашњава експеримент који завршавају данас. "Знамо да предатори убијају плен, очигледно, и они такође плаше плен", каже она. Када новодони шипари падну у рибњак, водене бубе су једна од претњи са којима се суочавају. Пластичност лопата може им помоћи да избегну појести - ако могу открити грешке и некако реаговати.
Еколози су развили математичке једначине које описују колико плијен грабљивац треба да једе, а елегантни графови показују како популација расте и опада како једна једе другу. Али шта се заиста догађа у природи? Да ли је величина битна? Колико једнодневних младунаца поједу потпуно узгојене бубе у води? Колико старијих, маснијих тадпола? "Очигледно је да мислимо да је мале ствари лакше ухватити, појести и забити у уста", каже Вонесх. "Али ми то заиста нисмо уградили у чак ове врсте основних модела."
Да би схватили колико је поједених лопата, студенти, дипломирани студенти, професори и постдокторски колеге морају извући сваки последњи тапарац из сваког резервоара који се броји. Вонесх подиже бистру пластичну шољу за пиће са земље својим ногама. У унутрашњости се налази буба са водом која се гојила на млатилицама. "Он је велики момак", каже он. Он посегне у резервоар са мрежом, извади један по један тапове и стави их у плитку пластичну каду.
„Јесте ли спремни?“ Пита Рандалл Јименез, дипломски студент Националног универзитета у Костарики.
„Спреман сам“, каже Вонесх. Вонесх саветује резервоар док Јименез држи мрежу испод воде која цури. Момци гледају мрежу због било каквих пупољака које је Вонесх пропустио. „Видите некога?“ Пита Вонесх. „Не“, каже Јименез. Потребно је скоро 30 секунди да вода истјече. Већина истраживача носи високе гумене чизме за заштиту од змија, али оне су корисне јер се тло брзо претвара у блато.
Јато гракала ноншалантно лута травом. „Воле јести тадполе“, каже Вонесх. "Воле се дружити и претварати се да траже земљане глисте, али чим вам окрену леђа, они су у вашој кади."
Вонесх одводи своју кадицу са шалицама до шупе гдје га Варкентин фотографира. Ученик ће пребројати тадполе на свакој слици. Инсекти и птице певају са дрвећа. Нешто падне - клизање - на метални кров. Теретни воз звижди са пруга које возе дуж канала; група мајмуна који завијају лаје од дрвећа.
Научницима попут Варкентина, Гамбоа нуди мало прашуме око сат времена вожње од међународног аеродрома. "О Боже. То је тако једноставно “, каже она. „Постоји опасност да не цените колико је то невероватно. То је невероватно место за рад. "
Током дана, иконичне жабе црвених очију не скачу. Ако знате шта тражите, можете наћи повремене одрасле мужјаке који се стежу за лист попут бледо зелене табле за пилуле - ноге савијене, а лактови приковани за бок како би се смањили губици воде. Мембрана с узорком попут џамије исклесаног дрвеног прозора покрива свако око.
Права акција је ноћу, па једне вечери Варкентин, Вонесх и неки гости посећују језерце да траже жабе. Птице, инсекти и мајмуни су тихи, али водоземци цвркутају и шкрипе испуњавају ваздух. Један позив жабе је јасан, гласан "кноцк-кноцк!", А други звучи тачно попут пиштоља у видео игри. Шума се ноћу осећа дивље.
У близини сарде, мужјак црвене очи жаба придржава се стабљиком широког лишћа. Сићушни наранџасти ножни прсти раширени, показује свој бели трбух и широке црвене очи при светлу вишеструких предњих светала. „Имају ове фотогеничне положаје“, каже Варкентин. „И они само седе тамо и пуштају вас да се сликате. Они не беже. Неке жабе су, попут, тако нервозне. "Можда је то разлог што је жаба са црвеним очима постала позната, сликом слике на толико календара, предлажем - да их је лакше фотографисати него остале жабе. Исправља ме: "Цутер су."
Научници сматрају да су преци савремених жаба своја јаја положили у воду. Можда би и сама жаба црвених очију могла развити своје навике полагања лишћа као резултат фенотипске пластичности. Можда се предак трудио да полаже своја јаја из воде, само у заиста влажним данима, да се извуче од водених предатора - пластични начин опхођења са опасним окружењем - и та особина се пренесе на његове потомке, који су на крају изгубили способност уопште одлагања јаја у воду.
Нико не зна да ли се тако догодило. „То је било веома давно и више није било подложно таквим експериментима“, каже Варкентин.
Али интригантни експерименти на другој врсти жабе - оној која можда и даље креће транзицијом између воде и копна - су у току. Јустин Тоуцхон, бивши докторски студиј Варкентин-а, проучава како жаба из пешчане стазе, Дендропсопхус ебраццатус, полаже своја јаја, која су мање препуна желатине и склонија исушивању од црвених очију. Чини се да женска жабица са стабљиком сата бира место где да одложи јаја на основу влаге. На језерцима у сенци дрвећа, открио је Тоуцхон, они ће одлагати јаја на лишће изнад воде, али на врелијим, изложенијим језерима, јаја иду у воду.
У студији објављеној прошлог месеца, установио је да је вероватније да ће јаја преживети на копну ако буде пуно кише, и вероватније да ће преживети у води ако је кише било мало. Такође је прегледао рекорде кише за Гамбоу у последњих 39 година и открио да, иако се укупне падавине нису промениле, овај образац има: Олује су веће, али спорадичније. Та промјена околине могла би бити покретачка промјена у репродукцији жаба са плочицама. „То даје прозор о томе шта је проузроковало кретање репродукције на копну“, каже Тоуцхон - клима која се пребацила у сталну кишу могла би учинити сигурнијим за жабе одлагање јаја из воде.
Варкентинова група заснивала се у приземљу основне школе Гамбоа, која се затворила 1980-их. Једног јутра, Варкентин сједи на древној окретној столици са прашњавим рукама за канцеларијским столом у пензији, радећи оно што личи на пројекат занатске школе.
На поду с њене лијеве стране налази се бијела канта са редовима зелених правокутника, залијепљених на унутрашњој страни. Она посегне доле и извуче је. То је комад листа, пресечен маказама са једне од биљака широког листа по експерименталном језеру, а на њему се налази степа желатинозних јајашаца црвене очи. Одреже траку траке и налепи комад листа на плави пластични правоугаоник, исечен из пластичне плоче за пикник.
„Можете направити невероватну количину науке помоћу посуђа за једнократну употребу, каналице и поцинчане жице“, каже она.
Она стоји картицу у бистрој пластичној шољи са мало воде на дну, где ће тадполе пасти када се излепе, и наставља се до следећег комада листа. Ступови ће бити део нових експеримената предатора.
У једноставним моделима постоји велика објашњива вредност - али она жели да разуме како природа заправо делује. „Покушавамо да се ухватимо у коштац са оним што је стварно“, каже она. "А стварност је сложенија."
