Et av de mest interessante storskala-mønstrene i evolusjonen er parallellisme. For eksempel har flukt utviklet seg mange ganger, parallelt, fra en rekke ikke-flygende organismer; mange arter av virveldyr som ikke er fisk har utviklet seg svømming, parallelt. En studie oppdaget parallell evolusjon i kropps rustning blant ferskvanns stickleback fisk fra mange saltvannsfedre.
En annen interessant ting med evolusjonen, som bare har blitt verdsatt de siste tiårene, er det faktum at det ikke er en enkel korrespondanse mellom gener og egenskaper. En sjelden gang bestemmer ett gen en egenskap, og sjelden varierer en egenskap på grunn av ett gen. Det finnes dusinvis av eksempler på enkle gen-trekk-forhold, hvorav mange ble oppdaget for mange år siden. Fordi disse forholdene var relativt enkle å finne og beskrive, var lærebøkene våre fulle av dem, og vår tenkning om genetikk var i lang tid basert på dem. Men dette er litt som å legge til grunn vår forestilling om hvordan alle kjøretøyer fungerer ved å forstå forståelsen av leketøyvogna. Mekanikken og konstruksjonen til en liten rød vogn vil ikke hjelpe oss med å forstå rulletrapper, ubåter eller Apollo-måneskytingssystemer. Vi tror nå at de fleste gener påvirker flere egenskaper og at de fleste trekk er påvirket av flere gener, og at det hele er veldig sammensatt.
En fersk studie som ser på tilbakeslagsoppførsel ser ut til å være et eksempel på et gen som påvirker flere egenskaper.
Sticklebacks er medlemmer av Gasterosteidae-familien av fisk, med arter som lever i salt og ferskvann. Ferskvannets tilbakeslag utviklet seg fra saltvannsfedre som ble landlåst for mindre enn for rundt 17 000 år siden på mange steder over den nordlige halvkule. Av denne grunn representerer forskjeller mellom ferskvanns- og saltvannstapler nyere og raske evolusjoner blant en kjent gruppe av arter, og er derfor spesielt interessante for forskere.
Saltvannstapler har opptil 36 benete plater assosiert med et mindre antall skarpe pigger. Disse platene og piggene beskytter fisken mot rovdyr, men de er kostbare å produsere og vedlikeholde. De benete platene krever ekstra kalsium, noe som er sjeldent i noen miljøer, og de begrenser kroppens bevegelser til fisken.
Ferskvannstapler har en tendens til å ha færre ryggrader og benete plater. Noen har et gap i rekken av plater (dette kalles en "delvis morf"), mens andre bare har noen få plater i bakenden av fisken ("lav morf"). Ferskvann har mindre kalsium enn saltvann, så dette kan være en tilpasning til en begrensende ressurs. Dessuten har ferskvannsmiljøer en tendens til å ha færre rovdyr enn saltvannsmiljøer, så de beskyttende egenskapene til de benete platene kan være mindre viktige i ferskvann; kanskje var det avslappet naturlig utvalg på dette rustningen, og over tid gikk det tapt i mange forskjellige befolkninger parallelt.
I en studie fra 2005 så forskere på et gen ( Eda ) som bestemmer veksten av den benete platen og fant ut at ferskvannsstikker hadde en variant av genet som fikk færre plater til å dannes i disse populasjonene. Genet Eda har sannsynligvis en regulerende funksjon, slik at det kan bestemme en av en rekke fenotyper fra den fullstendig pansrede saltvannsversjonen til de to mindre pansrede versjonene som finnes i ferskvann. En kombinasjon av genetisk analyse og befolkningsanalyse førte til at forskerne oppdaget at de fleste ferskvannsopphopninger på den nordlige halvkule som viser tap av benete plater, gjør det fordi de alle arvet en variant av Eda som er sjelden i de opprinnelige saltvannsbestandene. Så egenskapen utviklet seg parallelt i mange linjer, som alle kom fra forskjellige saltvannsbestander, men den utviklet seg også fra en enkelt eksisterende form av genet. Imidlertid ble det også funnet at en eller flere av stokkebakker på den nordlige halvkule med reduserte benete plater fikk denne egenskapen fra en helt annen genetisk forandring.
Denne egenskapen er således et eksempel på et trekk bestemt av mer enn ett gen, og et eksempel på parallell evolusjon som forekommer på mer enn ett middel.
En annen studie nettopp rapportert på et vitenskapelig møte ser på det som ser ut til å være et helt annet spørsmål om evolusjon av tilbakeslag. De fleste sticklebacks danner skoler, som er en vanlig tilpasning blant fisk, etter prinsippet om at det er sikkerhet i antall. Men det er én populasjon av ferskvannsstikker som ikke danner skoler. Sticklebacks fra Paxton Lake, i British Columbia, Canada svømmer rundt alene mesteparten av tiden. I stedet for å danne skoler, gjemmer de seg i tykk vegetasjon på bunnen av Lake Paxton.
Forskerteamet ledet av Anna Greenwood fra Fred Hutchinson Cancer Research Center i Seattle utviklet en maskin for å teste for og måle skoleatferd i tilbaketrekninger. Denne består av en mobillignende klynge av falske fisker som beveger seg sammen som en robotskole i en sirkel rundt et stort akvarium. Da fisk fra en skolepopulasjon av sticklebacks ble plassert i vannet med denne maskinen, slo de seg sammen med den falske fisken og svømte rundt med dem. Da fisk fra den ikke-skolegående befolkningen ble plassert i vannet med denne maskinen, skolerte de ikke. Disse to populasjonene er så nært beslektede at de kan avle hverandre. Forskerne testet avkom fra skolegang og ikke skolegående fisk for å se hvilken oppførsel hver fisk ville utvise. Som forventet, skolerte noen, og andre gjorde det ikke. Når hybridfiskene var sortert ut, ble genene deres undersøkt for å se om det var en spesiell signatur som fulgte med skolegang kontra enslig svømming.
Det viser seg at genet som ser ut til å kontrollere skoleatferd hos disse fiskene, er ingen ringere enn Eda, det samme genet som kontrollerer antall benete plater.
Så sticklebacks gir oss ikke bare et flott eksempel på hvordan parallell evolusjon kan oppstå, men også et flott eksempel på et gen som påvirker mer enn ett trekk. Men hvordan fungerer det? Fiskene som ikke utvikler benete plater utvikler heller ikke en fullt fungerende sidelinje. En sidelinje er et sanseorgan mange fisk har som gjør at fisk kan oppdage bevegelse andre steder i vannet. Noen rovfisk bruker sidelinjen for å finne byttet sitt, andre fiskene bruker sidelinjen for å oppdage rovdyr og dermed unngå å bli byttedyr, og skolefisk bruker sidelinjen for å holde oversikt over den andre fisken på skolen. Tilsynelatende kan ikke sticklebacks med de dårlig utviklede sidelinjene skolere fordi de ikke kan føle de andre fiskene de trenger for å koordinere bevegelsene sine ordentlig.
kilder:
Colosimo, Pamela F., Kim E. Hosemann, Sarita Balabhadra, Guadalupe Villarreal, Jr., Mark Dickson, Jane Grimwood, Jeremy Schmutz, Richard M. Myers, Dolph Schluter og David M. Kingsley. 2005. Utbredt parallellevolusjon i Sticklebacks ved gjentatt fiksering av Ectodysplasin Alleles Science 25. mars 2005: 307 (5717), 1928-1933.
Pennisi, Elizabeth. 2012. Robotic Fish Point to Schooling Gen. Nyheter og analyse. Science 335 (6066): 276-277. DOI: 10.1126 / science.335.6066.276-b
