Langstökk eða hænuskref

Gamlar hugmyndir deyja seint. Í árdaga þróunarfræðinnar var rætt um hvort að þróun gerðist í skrefum eða stökkum. Þegar samsetnings stofns lífveru breytist, er það vegna stökkbreytinga sem hafa mikil áhrif eða vegna stökkbreytinga með smærri áhrif.

Flestar alvarlega stökkbreytingar eru skaðlegar ef ekki banvænar, vegna þess að þær raska starfsemi mikilvægra eiginleika eða líffæra (ímyndið ykkur stökkbreytingu sem fjarlægir tær, eða gerir líkaman ókleyft að mynda bein!).

Samt hefur hugmyndin um þróun vegna stökka verið lífseig, sérstaklega hjá þroskunarfræðingum. Einn slíkra var Richard Goldschmidt kom fram með á síðustu öld, sem á ensku útlegst "Hopeful monster" Vongott skrímsli - skrímsli á von

Í desember síðastliðnum birtist ágætis grein um þróun hornsíla. Vísindamennirnir, þar á meðal Bjarni Jónsson á Veiðimálastofnun, sýndu fram á að kviðbroddar hverfa stundum úr stofnum hornsíla sem leita í ferskvatn. Þar sem meira er, þá er um breytingu í sama geni að ræða í ólíkum stofnum (í Kanada og Vífilstaðavatni). Við ræddum þessa frábæru rannsókn í desember, en bentum einnig á þessa meinloku um niðurstöðurnar sanni að þróun gerist í stökkum. Úr pistli okkar:

Það er alltaf erfiðara að byggja upp en brjóta niður, og líklegast þarf fjölda smárra stökkbreytinga til að slípa þróunarlegar nýjungar, en fáar og róttækar til að fjarlægja aðlögun (t.d. að kippa fótunum undan hvölum).

Þótt Pitx1 genið hafi vissulega róttæk áhrif, þá er um að ræða tap á eiginleika en ekki tilurð nýjungar. 

Þetta viðfangsefni var tekið aftur til umræðu vegna þess að Fréttablaðið fjallaði um rannsókn Bjarna og félaga í dag (11 janúar 2010). Fréttin er unnin upp úr fréttatilkynningu Veiðimálastofnunar. Misskilningurinn er þaðan kominn:

Rannsóknirnar sem gerð er grein fyrir í nýjasta hefti Science sýna fram á að þróunarfræðilegar breytingar verði frekar í stórum stökkum en minni, hægari skrefum. [feitletrun AP]

Vandamálið er orðið frekar. Réttara hefði verið að segja að

Rannsóknirnar sem gerð er grein fyrir í nýjasta hefti Science sýna fram á að þróunarfræðilegar breytingar verði einnig í stórum stökkum en ekki bara minni, hægari skrefum. [breytingar AP]

Eitt tilfelli um gen sem hefur sterk áhrif dugir heldur ekki til þess að vega upp á móti lögmálum stofnerfðafræðinnar eða niðurstöðum þúsunda erfðafræðirannsókna sem sýna að baki langflestum eiginleikum liggja, tugir, hundruðir ef ekki tugþúsundir gena með smá áhrif.

Mér finnst ennþá mikið til rannsóknarinnar koma. Ég vill líklega koma þessu áleiðis af því að Ísland er lítið og það borgar sig ekki að eignast valdamikla óvini, sérstaklega ekki á Veiðimálastofnun.

Hraði þróunar getur vissulega verið mismikill, sumar tegundir virðast vera óbreytanlegar í tugmilljónir ára, á meðan aðrar þróast á mjög stuttum tíma. Margar ástæður hafa verið tilgreindar, ein þeirra getur verið sú að áhrif stökkbreytinga velta á samsetningu erfðamengisins. Þetta væri þá spurning um samhengi. Stakur trompet kemur litlu til leiðar, en ef nokkrar básúnur, kornet, bassi og trommur bætast í leikinn getur afraksturinn orðið himneskur (eða djöfullegur). Það virðist hafa verið tilfellið í E.coli stofnun Richard Lenskis, þar sem ný efnaskiptageta varð möguleg þegar erfðamengið hafði breyst á mörgum stöðum (sjá Í skrefum og stökkum).

Athugasemdir

[Gísli Ingvarsson, 12.1.2010 kl. 10:08]

Bara láta þig vita að ég er aðdáandi : ) Gaman að þú skulir blogga um erfðafræði á mannamáli.

[Arnar, 12.1.2010 kl. 10:47]

Spilar ekki hraði þróunar eimitt inn í þetta?

Við hægfara þróun safnast upp 'littlar' stökkbreytingar á löngum tíma og verða kannski ekki 'virkar' fyrr en þær hafa safnast nokkrar saman.  Eins og gerðist í glösunum hjá Richard Lenski, það tók yfir 40.000 kynslóðir að koma fram ef ég man rétt.

Eða hröð þróun þar sem náttúruvalið er miskunarlausara og meira afgerandi þáttur.  Eins og td. fjölónæmar bakteríur á spítölum, þar sem mjög reglulega er 90% af stofninum (ágiskun mín) slátrað með sótthreinsandi/bakteríudrepandi efnum.  Sem leiðir til þess að þeir einstaklingar sem helst þola hreinsiefnin lifa af og á endanum sitjum við uppi með ódrepandi bakteríur.. sem hljóta eiginlega að vera orðnar að nýrri tegund. (Stephen J Gould)

[Arnar Pálsson, 12.1.2010 kl. 12:47]

Takk Gísli fyrir hrósið. Það er ánægjulegt að heyra að sumir pistlanna séu læsilegir, það var einmitt markmiðið með skrifunum.

Nafni

Alveg rétt, hraði þróunar getur oltið á nokkrum atriðum. Í tilfelli hornsílanna var talað um að stökkbreytingarnar hefðu mikil áhrif. En eins og þú bendir á getur valþrýstingurinn einnig verið mjög sterkur. Það á bæði við um hornsílin og bakteríur á spítölum.

Stefna valsins skiptir einnig máli, er alltaf valið í sömu átt, eða er valið að toga stofninn í mismunandi áttir. Augljósasta dæmið eru lífverur sem þurfa að þrauka miklar sveiflur, t.d. í hitastigi. Þá er valið fyrir hitaþolnum einstaklingum á sumrin, en kuldaþolnum einstaklingum á veturna.

Stundum er miðlungslífveran eða eiginleikinn bestur, þá er talað um stöðugleikaval (stabilizing selelction). Það er þá best að vera með miðlungsþol gagnvart hita, eða meðalþyngd ef tegundin þín lifir í trjám.