Et af de mest interessante store mønstre i evolutionen er parallelisme. For eksempel har flyvningen udviklet sig mange gange, parallelt, fra adskillige ikke-flyvende organismer; mange arter af hvirveldyr, der ikke er fisk, har udviklet sig svømning parallelt. En undersøgelse opdagede parallelle evolueringer i kropsrustning blandt ferskvands sticklebackfisk fra adskillige saltvandsfedre.
En anden interessant ting ved evolutionen, som kun er blevet værdsat i de seneste årtier, er det faktum, at der ikke er en enkel korrespondance mellem gener og træk. Sjældent bestemmer et gen et træk, og sjældent varierer et træk på grund af et gen. Der er snesevis af eksempler på enkle gen-træk-forhold, hvoraf mange blev opdaget for mange år siden. Fordi disse forhold var relativt lette at finde og beskrive, er vores lærebøger fulde af dem, og vores tanker om genetik var i lang tid baseret på dem. Men dette er lidt som at basere vores opfattelse af, hvordan alle køretøjer fungerer ved dybt at forstå funktionen af en legetøjsvogn. Mekanik og konstruktion af en lille rød vogn vil ikke hjælpe os med at forstå rulletrapper, ubåde eller Apollo-månens lanceringssystemer. Vi tror nu, at de fleste gener påvirker flere træk, og at de fleste træk påvirkes af flere gener, og at det hele er meget komplekst.
En nylig undersøgelse, der ser på stickleback-opførsel, synes at være et eksempel på et gen, der påvirker flere træk.
Sticklebacks er medlemmer af Gasterosteidae-familien af fisk med arter, der lever i salt og ferskvand. Ferskvandsspidser udviklede sig fra saltvandsforfædre, der blev landlåst for mindre end for ca. 17.000 år siden mange steder på den nordlige halvkugle. Af denne grund repræsenterer forskelle mellem ferskvands- og saltvandspidser nyere og hurtig udvikling blandt en velkendt gruppe af arter og er derfor især interessante for forskere.
Saltvandspidser har op til 36 benplader forbundet med et mindre antal skarpe rygsøjler. Disse plader og spines beskytter fisken mod rovdyr, men de er dyre at fremstille og vedligeholde. De benede plader kræver ekstra calcium, hvilket er sjældent i nogle miljøer, og de begrænser fiskens kropsbevægelser.
Ferskvandstapler har en tendens til at have færre rygsøjler og benplader. Nogle har et hul i række af plader (dette kaldes en "delvis morf"), mens andre kun har et par få plader i bagenden af fisken ("lav morf"). Frisk vand har mindre calcium end saltvand, så dette kan være en tilpasning til en begrænsende ressource. Også ferskvandsmiljøer har en tendens til at have færre rovdyr end saltvandsmiljøer, så de beskyttende egenskaber på de benede plader kan være mindre vigtige i ferskvand; måske var der afslappet naturlig markering på denne rustning, og med tiden blev den tabt i mange forskellige befolkninger parallelt.
I en undersøgelse fra 2005 kiggede forskere på et gen ( Eda ), der bestemmer væksten af den benede plade og fandt, at ferskvandsstiftbacks havde en variant af genet, der fik færre plader til at dannes i disse populationer. Genet Eda tjener sandsynligvis en regulerende funktion, så det kunne bestemme en af en række fænotyper fra den fuldt pansrede saltvandversion til de to mindre pansrede versioner, der findes i ferskvand. En kombination af genetisk analyse og befolkningsanalyse førte til, at forskerne opdagede, at de fleste ferskvandstapler på den nordlige halvkugle, der udviser et tab af benplader, gør det, fordi de alle arvet en variant af Eda, der er sjælden i de originale saltvandspopulationer. Så egenskaben udviklede sig parallelt i mange linjer, som alle kom fra forskellige saltvandspopulationer, men den udviklede sig også fra en enkelt allerede eksisterende form af genet. Det blev imidlertid også konstateret, at en eller flere af sticklebacks på den nordlige halvkugle med reducerede benplader fik denne egenskab fra en helt anden genetisk ændring.
Dette træk er således et eksempel på et træk, der bestemmes af mere end et gen, og et eksempel på paralleludvikling, der forekommer på mere end et middel.
En anden undersøgelse, der netop blev rapporteret på et videnskabeligt møde, ser på, hvad der ser ud til at være et helt andet spørgsmål om stickleback-evolution. De fleste sticklebacks danner skoler, hvilket er en almindelig tilpasning blandt fisk efter princippet om, at der er antal i sikkerhed. Men der er én befolkning af ferskvandstapler, der ikke danner skoler. Sticklebacks fra Paxton Lake i British Columbia, Canada svømmer alene alene det meste af tiden. I stedet for at danne skoler, gemmer de sig i tyk vegetation på bunden af Lake Paxton.
Forskerteamet ledet af Anna Greenwood fra Fred Hutchinson Cancer Research Center i Seattle udtænkte en maskine til at teste for og måle skolegang i sticklebacks. Dette består af en mobillignende klynge af falske fisk, der bevæger sig sammen som en robotskole i en cirkel omkring et stort akvarium. Da fisk fra en skolepopulation af sticklebacks blev anbragt i vandet med denne maskine, sluttede de sig med den falske fisk og svømmede rundt med dem. Da fisk fra den ikke-skolegående befolkning blev anbragt i vandet med denne maskine, skolede de ikke. Disse to populationer er så tæt beslægtede, at de kan opdrætte hinanden. Forskerne testede afkom fra skolegang og ikke-skolegang for at se, hvilken adfærd hver fisk ville udvise. Som forventet underviste nogle, og andre gjorde det ikke. Når hybridfiskene var blevet sorteret ud, blev deres gener undersøgt for at se, om der var en bestemt signatur, der fulgte med skolegang kontra ensom svømning.
Det viser sig, at genet, der ser ud til at kontrollere skolegangsadfærd hos disse fisk, er ingen ringere end Eda, det samme gen, der kontrollerer antallet af benede plader.
Så sticklebacks giver os ikke kun et godt eksempel på, hvordan parallel evolution kan opstå, men også et godt eksempel på et gen, der påvirker mere end en egenskab. Men hvordan fungerer det? Fiskene, der ikke udvikler benplader, udvikler heller ikke en fuldt fungerende sidelinie. En sidelinie er et sanseorgan, som mange fisk har, der giver fiskene mulighed for at registrere bevægelse andre steder i vandet. Nogle rovfisk bruger sidelinjen til at finde deres bytte, andre fisk bruger den laterale linje til at opdage rovdyr og dermed undgå at blive bytte, og skolefisk bruger sidelinjen til at holde styr på de andre fisk i skolen. Tilsyneladende kan sticklebacks med de dårligt udviklede sidelinier ikke skole, fordi de ikke kan fornemme de andre fisk, som de har brug for for at koordinere deres bevægelser korrekt.
Kilder:
Colosimo, Pamela F., Kim E. Hosemann, Sarita Balabhadra, Guadalupe Villarreal, Jr., Mark Dickson, Jane Grimwood, Jeremy Schmutz, Richard M. Myers, Dolph Schluter og David M. Kingsley. 2005. Udbredt Parallel Evolution i Sticklebacks ved gentagen fixering af Ectodysplasin Alleles Science 25. marts 2005: 307 (5717), 1928-1933.
Pennisi, Elizabeth. 2012. Robotic Fish Point to Schooling Gen. Nyheder og analyse. Science 335 (6066): 276-277. DOI: 10.1126 / science.335.6066.276-b
