Unul dintre cele mai interesante modele la scară largă în evoluție este paralelismul. De exemplu, zborul a evoluat de multe ori, în paralel, din numeroase organisme care nu zboară; multe specii de vertebrate care nu sunt pești au evoluat înotând, în paralel. Un studiu a descoperit evoluția paralelă a armurilor corporale în rândul peștilor cu apă dulce adepți de la numeroși strămoși de apă sărată.
Un alt lucru interesant despre evoluție, care a fost apreciat doar în ultimele decenii, este faptul că nu există o corespondență simplă între gene și trăsături. Rar o genă determină o trăsătură și rareori o trăsătură variază din cauza unei gene. Există zeci de exemple de relații gene-trăsături simple, multe dintre ele fiind descoperite cu ani în urmă. Deoarece aceste relații au fost relativ ușor de găsit și descris, manualele noastre sunt pline de ele, iar gândirea noastră despre genetică s-a bazat mult timp pe ele. Dar acest lucru este puțin ca să ne bazăm concepția despre modul în care toate vehiculele funcționează prin înțelegerea profundă a funcționării unui vagon de jucării. Mecanica și ingineria unui mic vagon roșu nu ne vor ajuta să înțelegem scările rulante, submarinele sau sistemele de lansare lunară Apollo. Acum credem că majoritatea genelor afectează mai multe trăsături și că cele mai multe trăsături sunt afectate de gene multiple și că este foarte complex.
Un studiu recent care privește comportamentul stickleback pare să fie un exemplu de o genă care afectează mai multe trăsături.
Sticklebacks sunt membri ai familiei de pești Gasterosteidae, cu specii care trăiesc în sare și apă dulce. Măsurile de apă dulce au evoluat din strămoșii apei sărate care au fost îngropate cu mai puțin de aproximativ 17.000 de ani în urmă, în multe locații din emisfera nordică. Din acest motiv, diferențele dintre apele dulci și apă sărată reprezintă o evoluție recentă și rapidă într-un grup binecunoscut de specii și, prin urmare, sunt deosebit de interesante pentru oamenii de știință.
Barele de apă sărată au până la 36 de plăci osoase asociate cu un număr mai mic de spini ascuțiți. Aceste plăci și spini protejează peștele de prădători, dar sunt costisitoare pentru a produce și întreține. Plăcile osoase necesită calciu suplimentar, ceea ce este rar în unele medii și restricționează mișcările corpului peștilor.
Lichidele de apă dulce tind să aibă mai puține coloane vertebrale și plăci osoase. Unii au un decalaj în rândul de plăci (acesta se numește „morf parțial”), în timp ce alții au doar câteva plăci în partea din spate a peștelui („morf scăzut”). Apa proaspătă are mai puțin calciu decât apa sărată, deci poate fi o adaptare la o resursă limitantă. De asemenea, mediile de apă dulce tind să aibă mai puțini prădători decât mediile de apă sărată, astfel încât caracteristicile de protecție ale plăcilor osoase pot fi mai puțin importante în apa dulce; poate că a existat o selecție naturală relaxată pe această armură și în timp a fost pierdută în multe populații diferite în paralel.
Într-un studiu din 2005, oamenii de știință s-au uitat la o genă ( Eda ) care determină creșterea plăcii osoase și au descoperit că blocajele de apă dulce aveau o variantă a genei care a determinat formarea a mai puține plăci în acele populații. Gena Eda îndeplinește probabil o funcție de reglare, deci ar putea determina unul dintre o serie de fenotipuri de la versiunea complet apărată cu apă sărată până la cele două versiuni mai puțin blindate găsite în apa dulce. O combinație de analiză genetică și de populație i-a determinat pe cercetători să descopere că majoritatea blocajelor de apă dulce din emisfera nordică care prezintă pierderi de plăci osoase fac acest lucru, deoarece toate au moștenit o variantă de Eda care este rară în populațiile de apă sărată originale. Așadar, trăsătura a evoluat în paralel în multe linii, toate provenind de la diferite populații de apă sărată, dar a evoluat și dintr-o singură formă preexistentă a genei. Cu toate acestea, s-a constatat, de asemenea, că unul sau mai multe dintre blocajele din emisfera nordică cu plăci osoase reduse au obținut această trăsătură dintr-o schimbare genetică cu totul diferită.
Această trăsătură este astfel un exemplu de caracteristică determinată de mai mult de o genă și un exemplu de evoluție paralelă care are loc prin mai multe mijloace.
Un al doilea studiu care tocmai a fost raportat la o întâlnire științifică privește ceea ce pare a fi o întrebare cu totul diferită despre evoluția stickleback. Majoritatea școlilor formează școli, ceea ce este o adaptare obișnuită în rândul peștilor, urmând principiul că există siguranță în număr. Există însă o singură populație de blocaje de apă dulce care nu formează școli. Încuietorile din Lacul Paxton, în Columbia Britanică, Canada au înotat singuri de cele mai multe ori. În loc să formeze școli, ele se ascund în vegetație groasă de pe fundul lacului Paxton.
Echipa de cercetare condusă de Anna Greenwood, de la Fred Hutchinson Cancer Research Center din Seattle, a conceput o mașină care să testeze și să măsoare comportamentul de școlarizare în caz de vârf. Aceasta constă dintr-un grup mobil de pești fals care se mișcă împreună ca școală robotică într-un cerc în jurul unui acvariu mare. Când peștele de la o populație de școlarizare a fost introdus în apă cu această mașină, s-au alăturat peștilor falsi și au înotat cu ei. Când peștele din populația care nu a fost școlar a fost introdus în apă cu această mașină, nu au făcut școală. Aceste două populații sunt atât de strâns legate încât pot să se întrepătrundă. Cercetătorii au testat pe urmașii și peștii care nu sunt școlari pentru a vedea ce comportament va prezenta fiecare pește. După cum era de așteptat, unii au școlarizat, iar alții nu. Odată ce peștele hibrid a fost sortat, genele lor au fost examinate pentru a vedea dacă există o anumită semnătură care mergea cu școlarizarea în raport cu înotul solitar.
Se dovedește că gena care pare să controleze comportamentul școlar la acești pești nu este alta decât Eda, aceeași genă care controlează numărul de plăci osoase.
Așadar, ciocanele nu numai că ne oferă un exemplu excelent despre cum poate apărea evoluția paralelă, ci și un excelent exemplu de genă care afectează mai multe trăsături. Dar cum funcționează asta? Peștii care nu dezvoltă plăci osoase nu dezvoltă, de asemenea, o linie laterală complet funcțională. O linie laterală este un organ pe care mulți pești îl au, care permite peștilor să detecteze mișcarea în altă parte a apei. Unii pești prădători folosesc linia laterală pentru a-și găsi prada, alți pești folosesc linia laterală pentru a detecta prădătorii și astfel evită să devină pradă, iar școlarizarea peștilor folosește linia laterală pentru a ține evidența celorlalți pești din școală. Aparent, blocajele cu liniile laterale slab dezvoltate nu pot fi școlare, deoarece nu pot simți corect pe ceilalți pești cu care ar trebui să își coordoneze mișcările.
surse:
Colosimo, Pamela F., Kim E. Hosemann, Sarita Balabhadra, Guadalupe Villarreal, Jr., Mark Dickson, Jane Grimwood, Jeremy Schmutz, Richard M. Myers, Dolph Schluter și David M. Kingsley. 2005. Evoluție largă paralelă în sticklebacks prin fixarea repetată a Ectodysplasin Alleles Science 25 martie 2005: 307 (5717), 1928-1933.
Pennisi, Elizabeth. 2012. Pești robotici îndreaptă spre gene. Știri și analiză. Știința 335 (6066): 276-277. DOI: 10.1126 / știință.335.6066.276-b
