Frábær rannsókn

Við þróunarfræði og vistfræðideild Chicagoháskóla er haldinn í hverri viku lesklúbbur um nýlegar rannsóknir í þróunarfræði. Þegar ég vann við deildina (2003 til 2006) var fundunum stjórnað af Janice Spofford, sem kallaði fundina hádegisljóma (Noon illumination). Lesklúbburinn var áður rekinn af Brian Charlesworth (áður en hann fór aftur til Bretlands), og gekk undir nafninu hádegismyrvki (Darkness at noon) vegna þess hversu harða gagnrýni flestir pappírarnir fengu.

Það voru aðallega doktorsnemar og nýdoktorar sem fjölluðu um nýlegar greinar, og ein þeirra sem ég fjallaði um var grein Michael D. Shapiro, Bjarna Jónssonar og félaga (2004 í Nature)*.

Greinin fjallaði um kortlagningu á genum sem hafa áhrif á kviðbrodda (kviðgadda) hornsílisins. Hornsíli lifa venjulega í sjó eða ísöltu vatni, en hafa nokkrum sinnum ruðst inn í ferskvatn. Guðbjörg Ásta Ólafsdóttir hefur rannsakað hornsíli hérlendis, og fjallaði meðal annars um þau í erindi um uppruna tegunda á Íslandi (á Darwin dögunum 2009). Mörg hornsíla afbrigði í ferskvatni hafa misst brynplötur og jafnvel kviðbrodda sem verja fiskana afræningjum. Talið er að slíkar varnir séu kostnaðarsamar og óþarfar í ferskvatni, og að þess vegna sé náttúrulega valið gegn þeim. Rannsókn Shapiro o.fl. er nú getið í mörgum kennslubókum (sbr. mynd úr bók Barton og félaga).

Lykil punktur í greininni var sú staðreynd að sama svæðið í erfðamenginu útskýrði tap á kviðbroddum í kanadískum og íslenskum hornsílum. Höfundarnir leiddu líkur að því að breytingar þroskunargeninu Pitx1 væru ábyrgar. Spurningin sem eftir stóð var sú hvort að um sömu breytingu í Pitx1 væri að ræða í Kanada og á Íslandi, eða hvort að mismunandi breytingar lægu til grundvallar. 

Þetta tengist spurningunni um það hvort þróun endurtaki sig? Ef í ljós kæmi að mismunandi breytingar í sama geni á mismunandi stöðum væru það rök fyrir þeirri tilgátu að þróun geti endurtekið sig.

Nýja rannsóknin sýnir þetta einmitt. Pitx1 genið hefur orðið fyrir ólíkum stökkbreytingum í 5-6 mismunandi stofnum. Afleiðingar stökkbreytingana eru alltaf þau sömu að ekki er kveikt á geninu í þeim hluta hornsílafóstursins sem leiðir til myndunar kviðbrodda.

Þroskunarfræðingar hafa löngum haldið að þróun geti gerst í stökkum, þegar róttækar stökkbreytingar ná hárri tíðni og verða allsráðandi í einhverjum stofni. Þótt Pitx1 genið hafi vissulega róttæk áhrif, þá er um að ræða tap á eiginleika en ekki tilurð nýjungar. 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 oft hafi verið harkalega farið með greinar í lesklúbbnum í Chicago, fannst ekki veikur blettur á niðurstöðum Shapiro o.fl. frá 2004.

Chang o.fl. Science 10 desember 2009 Adaptive Evolution of Pelvic Reduction in Sticklebacks by Recurrent Deletion of a Pitx1 Enhancer

Fleiri greinar Kingsley og félaga um hornsílin.

Veitir vísbendingar um stökk í þróuninni