Adaptowalne jaszczurki ilustrują kluczowy proces ewolucyjny zaproponowany sto lat temu

optymalizerka SuperCut 300 (Lipiec 2019).

Anonim

Bekonowe jaszczurki na większości pustyni Mojave mają brązowe i brązowe znaczenia, które dobrze komponują się z pustynnym otoczeniem. Jednak w przepływie lawy Pisgah znajduje się bardzo odmienna populacja jaszczurek o bocznych plamach, tak czarna jak skały, na których żyją.

W jaki sposób zwierzęta atakują nowe środowiska odmienne od tych, dla których ewolucja wyposażyła je w precyzyjnie dopasowane adaptacje? Jasne jaszczurki na strumieniu lawy powinny być łatwe do zrywania dla drapieżników, więc jak przetrwały wystarczająco długo, aby ewoluować w ciemniejsze zabarwienie?

Jednym z wyjaśnień było to, że wiele cech zwierzęcia nie jest ustalonych, ale może zmieniać się w trakcie swojego życia. Ta "fenotypowa plastyczność" umożliwia poszczególnym zwierzętom zmianę ich wyglądu lub zachowania na tyle, aby przetrwać w nowym środowisku. Ostatecznie nowe zmiany promujące przetrwanie pojawiają się w populacji poprzez zmiany genetyczne i dobór naturalny, który działa na populację od pokoleń. Jest to znane jako "efekt Baldwina" po psychologu Jamesie Marku Baldwinie, który przedstawił ten pomysł w przełomowym artykule opublikowanym w 1896 roku.

Naukowcy badający jaszczurki z bocznymi plamami na lawie Pisgah teraz udokumentowali ten proces w drobiazgowych szczegółach. Pokazali, w jaki sposób poszczególne jaszczurki mogą zmieniać kolory w nowym środowisku, aby ciemnieć na lawie; zidentyfikowali geny, które regulują zabarwienie i które różnią się między populacjami na i poza lawą; i odkryli, że zmiany genetyczne w populacji dostosowane do przepływu lawy powodują, że te jaszczury są ciemniejsze niż inne. Ich odkrycia, opublikowane 6 września w Current Biology, mogą być najbardziej szczegółowym przykładem efektu Baldwina występującego u dzikiej populacji.

"To stara i bardzo potężna idea, a teraz mamy genetyczne dowody na to, jak dzieje się to na wolności" - powiedział współautor Barry Sinervo, profesor ekologii i biologii ewolucyjnej w UC Santa Cruz.

Sinervo uczy się jaszczurek o bocznych plamach w Kalifornii od ponad 30 lat. Pierwszy autor Ammon Corl, który zdobył tytuł doktora. w laboratorium Sinervo znajduje się teraz w Muzeum Zoologii Kręgowców UC w Berkeley. Corl powiedział, że po raz pierwszy dowiedział się o populacji jaszczurek Pisgah z niepublikowanego doktoratu. praca współautorki Claudii Luke, obecnie na Sonoma State University.

"Claudia zorientowała się, jak plastyczne są ich zabarwienie, i przetestowałem zmiany genetyczne, które wpłynęły na ubarwienie populacji Pisgah" - powiedział Corl. "Baldwin przewidział, że plastyczność pozwala organizom kolonizować nowe środowiska, a następnie opracowują nowe adaptacje poprzez dobór naturalny, jednak do tej pory brakowało nam narzędzi genetycznych, aby pokazać, że dzieje się to w warunkach polowych."

Kiedy badacze przesuwają jaja z bocznymi plamami z jednego tła na drugie (na przykład z piasku do lawy), zmiany w zabarwieniu zaczynają się pojawiać w ciągu tygodnia, a stopniowe zmiany w zabarwieniu trwają wiele miesięcy później. "Wygląda na to, że istnieje powolny, stopniowy wzrost ciemnego pigmentu melaniny" - powiedział Corl.

Populacje jaszczurek na i poza strumieniem lawy mają tę plastyczność, która umożliwia im zmianę koloru po przeniesieniu do nowego środowiska. Ale te dwie populacje również mają dziedziczne różnice w pigmentacji. Analiza genetyczna ujawniła różnice między dwiema populacjami w dwóch genach zaangażowanych w regulację produkcji melaniny.

Badacze krzyżowali jaszczury z dwóch populacji, wychowywali potomstwo we wspólnym środowisku i mierzyli barwienie potomstwa. Eksperymenty te wykazały, że zmiany w genach związanych z melaniną korelują z ciemnością skóry jaszczurek.

Próbki genetyczne jaszczurek o bocznych plamach otaczających przepływ lawy wykazały, że warianty genów znalezione w populacji lawy są ograniczone do tej populacji, co sugeruje, że warianty powstały w wyniku mutacji, które wystąpiły u jaszczurek żyjących na lawie i rozprzestrzenionych w tej populacji. Badania modelowania demograficznego sugerują, że nowe mutacje powstały tysiące lat po wystąpieniu przepływu lawy, około 22 000 lat temu.

"Badaliśmy wszystkie jaszczurki z bocznymi plamami, nawet przy innym strumieniu lawy, a te odmiany genetyczne występują tylko w Pisgah, więc wiemy, że tam powstały" - powiedział Sinervo. "Są to geny, które rządzą ubarwieniem poprzez kontrolowanie ścieżki wytwarzania melaniny, ale w złożony sposób. Jaszczury Pisgah najlepiej pasują do koloru lawy jakiejkolwiek populacji, ale wciąż mogą wrócić do piasku i dopasować zupełnie inną tło."

Możliwości zabarwienia pojedynczej jaszczurki są godne uwagi. "W pewnym sensie to niesamowite, że dobór naturalny nadal działa w obecności tak dużej plastyczności, wystarczy odrobina niedopasowania i może to zrobić różnicę między życiem a śmiercią" - powiedział Corl. "W populacji nadal występuje zróżnicowanie, więc złapaliśmy naturalną selekcję w procesie działania na te geny. Możemy teraz przeprowadzić dalsze badania terenowe i laboratoryjne, mające na celu lepsze zrozumienie, jak wysoce plastyczne cechy są kształtowane przez ewolucję."

menu
menu