Formmyndun og tjáning miRNA tengd breytilegu útliti höfuðs bleikjuafbrigða

Þriðjudaginn 19. ágúst ver Kalina H. Kapralova doktorsritgerð sína í líffræði við Háskóla Íslands. Heiti rigerðarinnar er Formmyndun og tjáning miRNA tengd breytilegu útliti höfuðs bleikjuafbrigða (Salvelinus alpinus)/Study of morphogenesis and miRNA expression associated with craniofacial diversity in Arctic charr (Salvelinus alpinus) morphs.

Ágrip

Frá lokum síðustu ísaldar hafa þróast fjögur afbrigði bleikju (Salvelinus alpinus, Linn. 1758) innan Þingvallavatns. Afbrigðin eru erfðafræðilega aðgreind og eru ólík hvað snertir lífsferla, atferli og útlit, og á það sérstaklega við um líkamshluta er tengjast fæðuöflun. Markmið þessarar rannsóknar var að kanna erfðafræðilegar og þroskunarfræðilegar orsakir þessa fjölbreytileika og öðlast þannig innsýn í þróun og varðveislu bleikjuafbrigðanna í Þingvallavatni. Stofnerfðafræðilegri leit að genum tengdum ónæmiskerfinu sem sýna mismun milli afbrigða er lýst í fyrsta kafla ritgerðarinnar. Þar á meðal eru Cath2 og MHCII alpha sem sýna breytileika sem getur ekki talist hlutlaus og líklegast er að áhrif náttúrulegs vals á ónæmiskerfið hafi leitt til aðgreiningar á þessum erfðasetum. Annar kafli lýsir þroskun brjósks og beina í höfði fóstra og seiða stuttu eftir klak. Sá munur sem fram kemur milli afbrigða í þroskunarfræðilegum brautum útlits og stærðar þessara stoðeininga bendir til þess að orsakanna sé að leita í breytingum á tímasetningu atburða í þroskun. Í þriðja kafla segir frá litlum en marktækum mun í útliti höfuðbeina á fyrstu stigum eftir klak seiða þriggja afbrigða bleikju. Þá sýna blendingar tveggja ólíkra afbrigða svipgerð sem fellur að verulegu leyti fyrir utan útlitsmengi beggja foreldra-afbrigðanna. Það bendir til þess að aðskilnað afbrigðanna í vatninu megi rekja til minni hæfni blendinga. Fjórði kafli fjallar um þroskunarfræðileg tengsl valinna stoðeininga í höfði, þ.e. hversu sjálfstæðar eða samþættar þær eru, og hvernig þessum tengslum er háttað hjá kynblendingum ólíkra afbrigða Í fimmta kafla er miRNA sameindum bleikjunnar og tjáningu þeirrra í þroskun lýst í mismunandi afbrigðum. Athyglin beindist að miRNA-genum sem sýndu mismunandi tjáningarmynstur í afbrigðunum en slík gen kunna að leika mikilvægt hlutverk í formþroskun höfuðbeina og verið undirstaða útlitsmunar milli afbrigða.

Um doktorsefnið
Kalina fæddist í Sofíu í Búlgaríu árið1980. Foreldrar hennar eru Hrosto P. Kapralov, verkfræðingur, og Nedka K. Kapralova, hagfræðingur. Hún á eina systur, Petya, sem er listamaður. Kalina útskrifaðist frá Franska framhaldsskólanum í Sófíu árið 1999. Hún lauk fyrstu tveim árum BS náms við Paris Descartes University og síðasta árinu frá LILLE 1 University - Science and Technology árið 2004. Hún lauk meistaragráðu frá HÍ í samstarfi við University of Guelph í Kanada árið 2008 undir leiðsögn Sigurðar S. Snorrasonar (HÍ) og Moira Ferguson (UoG). Ritgerð hennar fjallaði uppruna smárrar botnbleikju (Salvelinus alpinus) á mismunandi stórum lanfræðilegum skölum á Íslandi. Kalina er gift Fredrik Holm sem er jarðfræðingur og ljósmyndari.

Leiðbeinandi
Sigurður S. Snorrason, prófessor við Líf- og umhverfisvísindadeild Háskóla Íslands

Andmælendur
John H. Postlethwait, prófessor við Háskólann í Oregon, Bandaríkjunum
Eiríkur Steingrímsson, prófessor við Læknadeild Háskóla Íslands

Ný tegund finka að myndast á Galapagos?

Galapagoseyjar eru samofnar nafni Charles Darwin, og hugmyndinni um þróun vegna náttúrulegs vals. Eyjarnar mynduðust vegna eldvirkni, og eru ansi ólíkar í gróðurfari og aðstæðum. Þegar finkutegund frá Suður Ameríku námu land á eyjunum fyrir milljónum ára, stóðu henni mörg ólík búsvæði til boða. Fæðan var ólík, sem leiddi til þess að goggar og líkamar finkanna tóku að breytast, kynslóð fram af kynslóð. Á eyju með hörð fræ, eignuðust finkur með stæðilega gogga og sterka kjálka fleiri afkomendur en hinar finkurnar. Þannig breyttust meðal goggarnir, í gegnum árþúsundin og mynduðu um 13 aðskildar tegundir á Galapagoseyjum. Reyndar veitti Darwin finkunum ósköp litla athygli þegar hann stoppaði við í siglingunni umhverfis hnöttinn, og þegar heim var komið hreifst hann fyrst að svipuðu mynstri þróunar og sérhæfingar á mismunandi eyjum í hermifuglum (mockingbird).

Þróun á löngum tíma

Kenning Darwins gengur út á að breytingar verði á tegundum kynslóð fram af kynslóð, m.a. vegna áhrifa náttúrulegs vals. Yfir hinn óralanga tíma sem lífverur hafa byggt jörðina verða því breytingar á tegundum, þær lagast að umhverfi sínu og greinast í ný form og stundum aðskildar tegundir. Darwin lagði mikla áherslu á mikilvægi tímans og uppsöfnun smárra breytinga, og þróunarfræði nútímans hefur staðfest þetta. En þótt að þróun sé óhjákvæmileg á lengri tímaskala, þá getur hún einnig gerst hratt.

Þróun á stuttum tíma á Galapagos

Þegar Pétur og Rósamaría Grant komu til eyjanna fyrir um 40 árum, ákváðu þau að einbeita sér að finkum á einni lítilli og óbyggilegri eyju, Dapne Major. Eyjan er það lítil að þau gátu kortlagt stofninn mjög rækilega og fylgst með einstaklingum og afkomendum þeirra. Þau vonuðust til að geta rannsakað vistfræði finka í náttúrulegu umhverfi, en urðu sér til undrunar einnig vitni að þróun á nokkrum kynslóðum.

Lífríki Galapagoseyja verður fyrir miklum áhrifum frá straumakerfum Kyrrahafsins. El nino og el nina hafa áhrif á úrkomu á eyjunum, sem sveiflast frá blautum árum til svíðandi þurrka. Þetta breytir framboði og samsetningu fræja á eyjunum og þar með eiginleika finkanna.

Grant hjónin komu hingað til lands haustið 2009, og héldu fyrirlestur á afmælisári Darwins. (Á mynd ásamt Kristínu Ingólfsdóttur og Hafdísi Hönnu Ægisdóttur). Þau sýndu gögn sem afhjúpu sveiflur í stærð gokka í finkustofninum á Dapne major. Þau sýndu líka að við vissar umhverfisaðstæður getur sérhæfing finkanna horfið, og tvær tegundir runnið saman í eina.

Tilurð nýrra finka á Galapagos

Í nýrri bók þeirra hjóna segir frá  athyglisverðu dæmi, sem gæti verið vísir að nýrri tegund. Sagan hófst þegar sérstök finka birtist á eyjunni. Hún var með stærri gogg en hinar, gat borðað kaktusaldin og söng annað lag. Grant hjónin kölluðu hana Big bird. Þessi finka makaðist og afkomendur þeirra erfðu gogginn og sönginn. Fuglar geta verið mjög fastheldnir á söng, og nota hann til að velja sér maka af réttri tegund. Afkomendur Big bird pöruðust aðallega við systkyni sín eða ættingja, og þannig viðhélst söngurinn og goggurinn sem var svo góður fyrir kaktusaldin-átið.

Það er vissulega fullsnemmt að álykta að afkomendur Big bird séu orðin ný tegund, stofninn er smár og breytingar á umhverfi geta kippt undan þeim fótum. En þetta dæmi sýnir hvernig með einföldum hætti, vistfræðileg sérhæfing og makaval getur myndað aðskilda hópa. Líkön hafa sýnt að ef þessir þættir haldast í hendur, aukist líkurnar á aðskilnaði í tvo hópa og þar með tegundir.

Ítarefni:

JONATHAN WEINER NY Times 4. ágúst 2014 In Darwin’s Footsteps

Arnar Pálsson | 21. ágúst 2009 Finkurnar koma

Arnar Pálsson | 1. september 2009 Heimsókn Grant hjónanna