Búum til tegundir...

Í síðustu viku sat ég ljómandi skemmtilegan fund um tilurð tegunda (speciation). Uppruni og eðli tegunda er eitt af megin viðfangsefnum líffræðinga. Hvenær eru tvær hænur af sömu tegund og hvenær eru þær af ólíkum tegundum?

Á nítjándu öld héldu sumir því fram að kynþættir manna væru í raun afmarkaðar tegundir. Desmond og Moore færðu rök fyrir því að það hafi verið ástæðan fyrir því að Charles Darwin heillaðist af ræktuðum dúfum og fjölbreytileika hundakynja.

Á Hólum í Hjaltadal var í nýliðinni viku haldin fundur á vegum samevrópsks verkefnis sem heitir því töfrandi nafni FroSpects (öll EU verkefni verða að bera snaggarlega nöfn, með tilheyrandi atlögu að málvitund og velsæmi). Fundurinn var hinn fjörugasti, fjallað var um bleikjur og hornsíli og urriða og aðra fiska...og reyndar örlítið um marflær, snigla og finkur. Rauði þráðurinn var að vistfræðingar og þróunfræðingar huga nú meira að ferlum tegundamyndunar en mynstrum í breytileika tegunda og afbrigða ("from pattern to process" - var frasi fundarins). Sem erfðafræðingi fannst mér öll vistfræðin frekar loðin og erfitt að henda reiður á hlutfallslegt mikilvægi þeirra þátta sem ræddir voru (stofnstærð, valkraftar, umhverfissveiflur, stofnasögu o.s.frv.). Vonandi tekst okkur að nýta reynslu okkar í þróunarfræði til að læra eitthvað um bleikjuafbrigðin í Þingvallavatni.

Ásamt félögum okkar við HÍ og á Hólum komum við nú að rannsókn á vistfræði, erfðabreytileika og þroskun í íslenskra bleikjuafbrigða. Mér þykir það sérstaklega forvitnilegt að í íslenska bleikjustofninum virðast dvergafbrigði hafa þróast nokkrum sinnum (niðurstöður Bjarna Kr. Kristjánssonar, Kalinu Kapralovu og Sigurðar S. Snorrasonar). Það þýðir að náttúran hefur sett um endurtekna tilraun, sem við þurfum bara að kíkja á. Ein spurning sem brennur á okkur er: urðu dvergarnir til á sama hátt í öllum tilfellum? Ég hef ekki hugmynd um hvað mun koma upp úr krafsinu.

Athugasemdir

[Vendetta, 9.8.2010 kl. 18:07]

Má ég koma með eina spurningu til þín um þróun fuglategundar? Spurning sem mér finnst vera mikilvæg í ljósi fyrri upplýsinga.

[Arnar Pálsson, 10.8.2010 kl. 10:17]

Er ekki alltaf spurning um spurningar?

Endilega...

[Vendetta, 10.8.2010 kl. 12:42]

Það varðar stutta grein í Lifandi vísindum nr. 7/2010 með fyrirsögninni: Fóðrun fugla breytir þróun, svohljóðandi:

"Hettusöngvari er lítill spörfugl sem yfirleitt dvelur á Spáni yfir veturinn, en fuglafóðrun hefur orðið til þess að sumir fuglanna hafa nú vetursetu i Englandi. Á innan við 30 kynslóðum hafa staðfuglarnir þróað styttri gogg sem hentar betur við fræ en ólífur og vængirnir eru styttri þar eð fuglarnir þurfa ekki að fljúga jafn langt. Bráðum kynnu tegundirnar að verða tvær".

Þetta vakti athygli mína, því að áður hafði ég einmitt spurt á blogginu þínu um líffræðilegar skýringar á umhverfisáhrifum á þróun og fengið þau svör frá þér og öðrum að umhverfið væri enginn hvati á þróun tegundanna/stökkbreytingar að frátöldum geislavirkni og mengun. Þ.e.a.s. það að tegund þyrfti að aðlaga sig breyttu umhverfi gerðist aðeins óbeint gegnum náttúrulegt val.

En ef þetta væri rétt, þá hefðu þessir spörfuglar, hettusöngvarar þróazt á mismunandi vegu gegnum 30 kynslóðir og síðan myndi eitt afbrigði að mörgum aðlaga sig fóðrun og vetursetu. En það er ekki það sem stendur í greininni, ekkert er minnzt á fleiri afbrigði en þetta eina sem endaði með að hafa styttri gogg og styttri vængi. Engin afbrigði af hettusöngvaranum urðu til sem fengu önnur örlög, góð eða slæm, vegna öðruvísi þróunar. Sem hlýtur að gefa til kynna að breytt umhverfi (annað en geislun og mengun) getur haft áhrif á stökkbreytingar, þannig að það verði víxlverkun milli stökkbreytinga og umhverfis yfir langt tímabil.

Spurning nr. 1: Ertu sammála mér í því, að þessi grein er í mótsögn við þau svör sem ég hafði fengið áður? Ef þú neitar því að um mótsögn sé að ræða, þá hlýtur þú líka að segja, að fullyrðingin sem ég hef undirstrikað hér fyrir ofan, sé ósönn.

Hver spurning nr. 2 verður, er svo háð svari þínu við sp. 1.

[Arnar, 10.8.2010 kl. 16:22]

Ég myndi halda að umhverfi væri einmitt stór hvati á þróun.  Þ.e.a.s náttúrulegt val.

[Pétur Henry Petersen (IP-tala skráð) 10.8.2010 kl. 16:29]

Það er alþekkt í fuglastofnun að það sé breytileiki í goggstærð/lögun. Ef enginn væri breytileikinn (sem er þá ákvarðaður af breytileika í erfðamenginu, myndaður af stökkbreytingum) myndi þetta ekki hafa gerst. En úrþví að goggurinn breyttist innan við 30 kynslóðum, þá hefur verið erfðafræðilegur breytileiki og þar eð þeir sem að voru með smærri gogg, höfðu það betra (eða dóu ekki í leit að ólífutrjám), þá eignuðust þeir að meðaltali fleiri afkvæmi líka með smáan gogg. Og þar eð þetta gerðist kynslóð eftir kynslóð, þá var ekki að spyrja að því.

Mér finnst nú ólíklegt að AP (ekki fréttaveitan) hafi haldið því fram blákalt, að umhverfi hafi ekki áhrif á þróun

[Jóhannes (IP-tala skráð) 10.8.2010 kl. 22:49]

Það segir örugglega ekki í greininni hversu mikill breytileiki í goggastærð er hjá hettusöngvurum.

Mér þykir líklegt að þetta séu ekki nýjar stökkbreytingar í stofninum sem hefur vetursetu. Heldur voru stöku fuglar sem voru með styttri gogg og vængi í upprunalega stofninum.  Þróuninn hafði þannig ekki áhrif á hvaða eða hvernig stökkbreytingar komu fram. Hún breytti bara tíðni þeirra í nýja stofninum. 

Síðan eru örugglega nokkrar stökkbreytingar (eða allel) sem hafa áhrif á útlit stofnanna.

[Arnar Pálsson, 11.8.2010 kl. 09:30]

Sæll Vendetta

Nafni og sérstaklega Pétur Henry svöruðu þessu ágætlega. Náttúrulegt val byggist á nokkrum forsendum.

1. Breytileika í eiginleikum lífverunar

2. Erfðum (þ.e. hluti af breytileika verður að vera arfbundinn)

3. Mishraðri æxlun (þ.e. einstaklingar eiga mismörg afkvæmi eða lifa mislengi)

Síðan kemur baráttan fyrir lífinu, sem ræðst af stórum hluta af umhverfisaðstæðum (hita, seltu, fæðu, afræningjum, sníkjudýrum, o.s.frv.). 

Í tilfellinu sem þú lýsir hefur greinilega verið til breytileiki í goggastærð og vænglengd (amk) og sá breytileiki hefur verið arfgengur að hluta.

Þegar umhverfið breytist, við það að fóðrun fugla eykst, þá eykst hæfni gerða sem áður voru vanhæfar. Í stofninum voru fuglar með stutta gogga, meðal gogga og langa gogga. Þeir sem eru með stystu goggana hafa náð að nýta fuglafóðrið betur en hinir, og annað hvort eignast fleiri afkvæmi eða lifað lengur en hinir fuglarnir. Í þessu tilfelli hefur fuglafóðrun farið fram í 30 kynslóðir (skv greininni) og sá tími er kappnógur til að leiða til breytinga á meðal-goggastærð  stofnsins.

Ég verð að segja að ég skil ekki alveg undirstrikuðu setninguna þína. Vinsamlegast umorðaðu.

Í stofninum hafa mögulega komið fyrir einstaklingar með önnur form, agnarsmáan gogg eða spóagog, en það er ólíklegt að þeir hafi verið hæfari en þeir sem nýttu fuglafóðrið best (og þar með týndust þeir).

Það er mikilvægt að átta sig á því að þróun gerist í stofnum, einstaklingar mynda stofninn, en það eru eiginleikar stofnsins sem breytast vegna náttúrulegs vals.

[Vendetta, 11.8.2010 kl. 10:42]

Það kemur ekki fram í greininni að það hafi verið til nema ein gerð af hettusöngvurum í stofninum með eina lengd af goggi og eina lengd af vængjum. Styttri goggar og vængir hefðu fyrst komið fram (nokkrum kynslóðum) eftir að fóðrun hófst. Þannig hef ég skilið greinina.

Það sem þú ert að segja hins vegar, er að það hafi allan þennan tíma (og lengur) þegar verið til mismunandi afbrigði af þessari fuglategund, en evt. með öðruvísi fjöldadreifingu. Ef svo er, þá upplýsir þessi grein í Lifandi vísindum ekki um neitt athyglisvert hvað varðar þróun, og gæti alveg eins verið frétt í Bird Watcher's Magazine.

[Arnar Pálsson, 11.8.2010 kl. 12:06]

Vendetta

Greinar - sérstaklega í fréttamiðlum - einfalda hlutina.

Bylting Darwins fólst í því að benda á breytileikann, það er hann sem skiptir máli.

Vera má að í upphafi hafi nær allir fuglarnir verið með gogg sem var 5 cm, plús eða mínus 0.02 cm. Ef einhverjir erfðaþættir hafa áhrif á þennan örlitla breytileiki í goggastærð, dugir það til að stofninn svari vali. Ef valið er sterkt og með sömu stefnu, í þessu tilfelli voru fuglar með litla gogga hæfari en aðrir þegar fóður var gefið. Í hverri kynslóð breytist samsetning stofnsins örlítið, útgáfur af genum leiða til smærri gogga verða algengari, og afleiðing er sú að meðaltal stofnsins breytist. Að endingu getur verið að meðalstærð gogganna sé orðin 3 cm, plús eða mínus 0.02 cm (tölurnar eru vitanlega uppdikteraðar - einungis til útskýringa).

Ef við hættum að fóðra fuglanna eru a.m.k. þrír möguleikar. A) að stofninn haldist óbreyttur...vegna þess að hann finni sér aðra fæðu, B) að goggastærðin (og vængirnir) þróist smám saman í fyrra horf, C) deyji út - hann sé orðinn of aðlagaður breyttum aðstæðum að hann þraukar ekki við fyrri aðstæður.

Fréttin í Lifandi vísindum sýnir bara að maðurinn getur haft áhrif á erfðasamsetningu og eiginleika náttúrulegra stofna, með því einu að gefa þeim korn. Þetta er eitt dæmi í viðbótu um áhrif mannsins á þróun. Önnur dæmi eru t.d. að plöntur þróast hratt í umhverfi kvikasilfurnáma - þolgen verða mjög algeng á skömmum tíma, fiskistofnar verða kynþroska fyrr vegna veiða á stórfiski og sýklaflóran i umhverfi okkar breytist þegar við notum sýklalyf.

[Vendetta, 11.8.2010 kl. 13:15]

Ef við notum þessar tölur sem þú notar sem dæmi (í raun og veru hefur hettusöngvarinn ca. 1,5 - 2 cm langan gogg) um goggalengd á einhverri gefinni fuglategund. Þe.a.s. allir einstaklingar innan stofnsins á tímanum t = 0 hafi goggalengd sem er 5 +/- 0.02 cm. Segjum svo, að í einhverju ákveðnu umhverfi er betri kostur að hafa styttri gogg og að breytileikinn sé stöðugur og erfist í hverri kynslóð. Þau afkvæmi sem hafa styttri gogga hafa betur í samkeppninni, þannig að þau afbrigði sem hafa lifað hina af eftir 30 kynslóðir eru þeir fuglar, sem hafa 5  - 30*0.02 = 4.4 cm gogg. Ég veit að þetta er einfaldað dæmi, en er þetta þannig sem þetta virkar? Ef goggur hettusöngvarans hefur t.d. stytzt úr 1.5 cm í 1 cm eftir 30 kynslóðir, þá hefur kannski gogglengdar-breytileikinn verið +/- 0.017 cm. Ef síðan að eftir 30 kynslóðir séu aðeins til tvö afbrigði af þessari hettusöngvurum, annað með 1.5 cm gogg og hitt með 1 cm gogg, þá er það vegna þess að allir einstaklingar með gogglengdir þar á milli hafa dáið út (orðið undir í samkeppninni). Er þetta rétt ályktað út frá því sem þú hefur sagt?

[Arnar Pálsson, 11.8.2010 kl. 14:40]

Ekki alveg réttur skilningur hjá þér. Á bak við breytileikann í hverjum eiginleika liggja margir erfðaþættir, og eru áhrif þeirra missterk. Sum gen eru með sterk áhrif (breyta goggstærð um 0.01 cm) en önnur veik (breyta goggstærð um 0.0001cm).

Raunverulegur fjöldi er gena sem hafa áhrifá breytileika í hverjum eiginleika er óþekktur og fer eftir lífveru og stofnum.

Í þessu dæmi sem þú tilgreinir, þá er stofninn uppskiptur. Hluti hans er farfugl, og hluti stofnsins hefur vetursetu og er fóðraður á fræjum. Viss samsetning eiginleika er betri fyrir farfugla, á meðan önnur samsetning eiginleika er betri fyrir fóðruðu staðfuglana. EF, staðfuglar og farfuglar æxlast ekki saman, eða parast sjaldnar við fugl af "hinni" gerðinni en fugl af "sinni" gerð þá getur það leitt til uppskiptingar stofnsins og loksins þess að tvær tegundir hafa orðið til úr einni.

[Vendetta, 11.8.2010 kl. 15:44]

Já, en ég skrifaði líka að ég hafði einfaldað dæmið mikið, þannig að megindrættirnir kæmu fram. Þannig er þetta rétt í megindráttum, burtséð frá því að breytileikinn innan hvers stofns/tegundar er breyta en ekki fasti? Í sambandi við þessa fuglategund, hettusöngvarann, þá æxlast þessir tveir stofnar ekki saman.

Þegar þú skrifar "Greinar - sérstaklega í fréttamiðlum - einfalda hlutina.", má þá skilja það þannig að þú hafir ekki mikið álit á Lifandi vísindum? Mér finnst sjálfum þetta tímarit vera ágætt fyrir fólk sem hefur einhverja þekkingu og sem hefur áhuga á vísindum, en eru ekki sérfræðingar.

[Arnar Pálsson, 12.8.2010 kl. 16:50]

Vendetta

Afsakaðu það kom örlítið fát á mig í síðasta svari - vitanlega einfaldaðiru dæmið.

Ef stofnarnir eru hættir að æxlast saman, þá er líklegt að þeir séu á "góðri" leið með að verða fullgildar tegundir. Ef fuglar úr þessum stofnum hittust í búri er líklegt að þeir geti eignast afkvæmi saman, en í þessu vistfræðilega samhengi (og að öllu öðru óbreyttu) munu stofnarnir á endanum verða fullburða tegundir.

Reyndar finnst mér margar fréttir í Lifandi vísindum ágætar. Ætli rót biturðarinnar í setningunni minni sé ekki umfjöllun mbl.is og vísis. Manni finnst sorglegt þegar fjallað er um fræði sem maður kann af yfirborðsmennsku eða hreinlega illa.