Stundaglas þróunar

Munurinn á finkum Darwins liggur að mestu leyti í stærð og lögun gogganna. Á Galapagoseyjum finnast 13-14 tegundir af finkum (eftir því hvernig þær eru flokkaðar) og Darwin og samtímamönnum hans var það ljóst að þær eru allar af sama meiði. Þótt fullvaxta dýr hinna mismunandi tegunda séu vel aðgreinanleg er mun erfiðara að sjá munin á ungum þeirra. Flestir líffræðingar gera sér grein fyrir þessu almenna lögmáli, að útlitsbreytileiki er yfirleitt meiri á milli fullorðinna dýra tveggja skyldra tegunda en á milli fóstra þeirra. Þannig að ef við teiknum upp mun á milli tegunda yfir þroskaferil lífvera - sæist aukning í útlitsmun, sbr. myndina hér að neðan. Samkvæmt þessu eykst breytileikinn samfara þroskuninni, og myndar nokkurnskonar trekt. Þetta sýnir líka að ólíkar tegundir, t.d. hryggdýra eru tilbrigði við sama stef, eins og Karl Ernst von Baer benti fyrstur á. Á myndinni hér að neðan má greina hið svokallað Pharyngulu-stig, sem er þroskastig sameiginlegt öllum hryggdýrum (efst).

Mynd af vef Suður-Maine háskóla.

Ekki trekt heldur stundaglas

Mun færri vita að þegar kafað er í fyrstu skref þroskunar eykst munurinn á milli tegunda aftur. Fyrstu stig þroskunar eru nefnilega einnig mjög  fjölbreytt, eins og sést á því að fyrstu frumuskiptingar í hænufóstri, mannafóstri og froskafóstri eru mjög ólíkar. Síðan verða fóstrin áþekkari - eftir að fram og aftur ásinn, fósturlögin og höfuðsvæðið hefur myndast og mjög svipuð á pharyngulu-stiginu.

Þroskunarþróunarfræðingarnir Kirschner og Gerhart settu fram í lok síðustu aldar líkan um þroskunarlegt stundaglas. Þeir báru saman hryggdýr og seildýr, en sama mynstur greinist í einnig hópi liðdýra. Hjá þeim er ákveðið skeið þroskunar sem er minna breytilegt en önnur skeið. Þessar niðurstöður eru byggðar á samanburði á útliti fóstra og lífvera, en lögmál Darwins um sameiginlegan uppruna spáir því að sama mynstur ætti að sjást þegar aðrar breytur eru skoðaðar. Tvær nýlegar rannsóknir birtar í Nature renna stoðum undir stundaglasalíkanið, önnur með því að skoða breytileika í tjáningu á mismunandi stigum þroskunar milli nokkura tegunda og hin með því að skoða þróunarlegan aldur gena sem starfa á mismunandi stigum þroskunar.

Ég einskorða mig við rannsókn Kalinka og félaga á þroskun ávaxtaflugna. Þeir báru saman 6 tegundir ávaxtaflugna, og skoðuðu genatjáningu á 2 klst fresti á fyrstu stigum þroskunar í hverri tegund.

Þeir sáu að breytileikinn var mjög mikill snemma í þroskun, minnkaði síðan og jókst aftur (sjá myndina vinstra megin). Minnsti breytileikinn er á því stigi þroskunar sem hox genin eru tjáð. Það er forvitnilegt að hox genin eiga sér hliðstæðu í hryggdýrum. Þau stýra þroskun liða og einkennum bæði í hryggdýrum og liðdýrum. Það undirstrikar og staðfestir sameiginlegan uppruna hryggleysingja og hryggdýra, sem er forsenda þess að við getum notað ávaxtaflugur til að rannsaka sjúkdóma sem herja á manninn.

Ítarefni

Kalinka o.fl. Gene expression divergence recapitulates the developmental hourglass model Nature Volume:468,Pages:811–814 Date published:(09 December 2010) DOI:doi:10.1038/nature09634

PZ Myers A brief overview of Hox genes