Ένα από τα πιο ενδιαφέροντα σχέδια μεγάλης κλίμακας στην εξέλιξη είναι ο παραλληλισμός. Για παράδειγμα, η πτήση έχει εξελιχθεί πολλές φορές, παράλληλα, από πολλούς μη ιπτάμενους οργανισμούς. πολλά είδη σπονδυλωτών που δεν είναι ψάρια έχουν εξελιχθεί στην κολύμβηση παράλληλα. Μία μελέτη ανακάλυψε την παράλληλη εξέλιξη σε θωράκιση σώματος μεταξύ των ψαριών stickleback γλυκού νερού από πολλούς προγόνους αλμυρού νερού.
Ένα άλλο ενδιαφέρον πράγμα για την εξέλιξη, το οποίο εκτιμήθηκε μόνο τις τελευταίες δεκαετίες, είναι το γεγονός ότι δεν υπάρχει απλή αντιστοιχία μεταξύ γονιδίων και χαρακτηριστικών. Σπάνια ένα γονίδιο προσδιορίζει ένα χαρακτηριστικό και σπάνια το ένα χαρακτηριστικό ποικίλει λόγω ενός γονιδίου. Υπάρχουν δεκάδες παραδείγματα απλών σχέσεων γονιδίου-χαρακτηριστικών, πολλά από τα οποία ανακαλύφθηκαν εδώ και χρόνια. Επειδή αυτές οι σχέσεις ήταν σχετικά εύκολο να βρεθούν και να περιγραφούν, τα βιβλία μας είναι γεμάτα από αυτά και η σκέψη μας για τη γενετική ήταν για μεγάλο χρονικό διάστημα βασισμένη σε αυτά. Αλλά αυτό είναι λίγο σαν να βασίζεται η αντίληψή μας για το πώς όλα τα οχήματα λειτουργούν με βαθιά κατανόηση των λειτουργιών ενός παιχνιδιού wagon. Η μηχανική και η μηχανική ενός μικρού κόκκινου βαγονιού δεν θα μας βοηθήσουν να κατανοήσουμε τις κυλιόμενες σκάλες, τα υποβρύχια ή τα συστήματα εκτόξευσης σεληνιακού Apollo. Πιστεύουμε τώρα ότι τα περισσότερα γονίδια επηρεάζουν πολλαπλά χαρακτηριστικά και τα περισσότερα γνωρίσματα επηρεάζονται από πολλά γονίδια και ότι όλα είναι πολύ περίπλοκα.
Μια πρόσφατη μελέτη που εξετάζει τη συμπεριφορά του stickleback φαίνεται να είναι ένα παράδειγμα ενός γονιδίου που επηρεάζει πολλαπλά χαρακτηριστικά.
Sticklebacks είναι μέλη της οικογένειας των Gasterosteidae ψαριών, με είδη που ζουν σε αλάτι και γλυκό νερό. Τα sticklebacks του γλυκού νερού εξελίχθηκαν από τους προγόνους του αλμυρού νερού που είχαν μεσόγεια λιγότερο από 17.000 χρόνια πριν σε πολλές τοποθεσίες στο Βόρειο Ημισφαίριο. Για το λόγο αυτό, οι διαφορές μεταξύ των γλυκών υδάτων και των αλμυρών υδατανθράκων αντιπροσωπεύουν πρόσφατη και ταχεία εξέλιξη σε μια γνωστή ομάδα ειδών και επομένως είναι ιδιαίτερα ενδιαφέρον για τους επιστήμονες.
Οι κολπίσκοι αλατιού έχουν έως και 36 οσφυϊκές πλάκες που συνδέονται με μικρότερο αριθμό από αιχμηρές σπονδυλικές στήλες. Αυτές οι πλάκες και οι αγκάθες προστατεύουν τα ψάρια από τους θηρευτές, αλλά είναι δαπανηρές για την παραγωγή και συντήρηση. Οι οστεώδεις πλάκες απαιτούν επιπλέον ασβέστιο, το οποίο είναι σπάνιο σε μερικά περιβάλλοντα, και περιορίζουν τις κινήσεις του σώματος των ψαριών.
Τα sticklebacks γλυκού νερού τείνουν να έχουν λιγότερες σπονδυλικές στήλες και οστεώδεις πλάκες. Ορισμένοι έχουν ένα κενό στη σειρά των πινακίδων (αυτό ονομάζεται "μερική μορφοποίηση") ενώ άλλοι έχουν μόνο λίγες πλάκες στο πίσω άκρο του ψαριού ("χαμηλό morph"). Το γλυκό νερό έχει λιγότερο ασβέστιο από το αλμυρό νερό, επομένως αυτό μπορεί να είναι μια προσαρμογή σε έναν περιοριστικό πόρο. Επίσης, τα περιβάλλοντα γλυκού νερού τείνουν να έχουν λιγότερους θηρευτές από ό, τι τα περιβάλλοντα θαλάσσιων υδάτων, επομένως τα προστατευτικά χαρακτηριστικά των οστεώδους πλάκας μπορεί να είναι λιγότερο σημαντικά στο γλυκό νερό. ίσως υπήρχε χαλαρή φυσική επιλογή σε αυτή την πανοπλία, και με την πάροδο του χρόνου χάθηκε σε πολλούς διαφορετικούς πληθυσμούς παράλληλα.
Σε μια μελέτη του 2005, οι επιστήμονες εξέτασαν ένα γονίδιο ( Eda ) που καθορίζει την ανάπτυξη της οστεώδους πλάκας και διαπίστωσε ότι τα sticklebacks γλυκού νερού είχαν μια παραλλαγή του γονιδίου που προκάλεσε λιγότερες πλάκες στο σχηματισμό αυτών των πληθυσμών. Το γονίδιο Eda εξυπηρετεί πιθανότατα μια κανονιστική λειτουργία, ώστε να μπορεί να προσδιορίσει ένα από ένα φάσμα φαινοτύπων από την πλήρως τεθωρακισμένη εκδοχή θαλασσινού νερού στις δύο μικρότερες θωρακισμένες εκδοχές που βρίσκονται στο γλυκό νερό. Ένας συνδυασμός γενετικής και πληθυσμιακής ανάλυσης οδήγησε τους ερευνητές να ανακαλύψουν ότι οι περισσότεροι sticklebacks γλυκού νερού στο Βόρειο Ημισφαίριο που παρουσιάζουν απώλεια οστεώδους πλάκας το κάνουν επειδή κληρονόμησαν όλες τις παραλλαγές της Eda που είναι σπάνιες στους αρχικούς πληθυσμούς αλμυρού νερού. Έτσι, το χαρακτηριστικό γνώρισμα εξελίχθηκε παράλληλα σε πολλές γενεές, όλες οι οποίες προέρχονταν από διαφορετικούς πληθυσμούς αλμυρού νερού, αλλά εξελίχθηκαν επίσης από μία μόνο προϋπάρχουσα μορφή του γονιδίου. Ωστόσο, διαπιστώθηκε επίσης ότι ένα ή περισσότερα από τα βόρεια ημισφαίρια με μειωμένες οστικές πλάκες απέκτησαν αυτό το χαρακτηριστικό από μια εντελώς διαφορετική γενετική αλλαγή.
Αυτό το χαρακτηριστικό είναι επομένως ένα παράδειγμα ενός χαρακτηριστικού που προσδιορίζεται από περισσότερα από ένα γονίδια και ένα παράδειγμα παράλληλης εξέλιξης που εμφανίζεται με περισσότερα από ένα μέσα.
Μια δεύτερη μελέτη που μόλις αναφέρθηκε σε μια επιστημονική συνάντηση εξετάζει αυτό που φαίνεται να είναι μια τελείως διαφορετική ερώτηση σχετικά με την εξέλιξη. Οι περισσότερες αποτυχίες αποτελούν τα σχολεία, η οποία είναι μια κοινή προσαρμογή μεταξύ των ψαριών, ακολουθώντας την αρχή ότι υπάρχει ασφάλεια σε αριθμούς. Υπάρχει όμως ένας πληθυσμός sticklebacks γλυκού νερού που δεν αποτελούν σχολεία. Τα sticklebacks της λίμνης Paxton, στη Βρετανική Κολομβία, στον Καναδά, κολυμπούν μόνοι τους τις περισσότερες φορές. Αντί να σχηματίζουν σχολεία, κρύβονται σε χοντρή βλάστηση στον πυθμένα της λίμνης Paxton.
Η ερευνητική ομάδα με επικεφαλής την Anna Greenwood του Κέντρου Έρευνας Καρκίνου του Fred Hutchinson στο Σιάτλ επινόησε μια μηχανή για να ελέγξει και να μετρήσει τη συμπεριφορά της σχολικής εκπαίδευσης σε sticklebacks. Αυτό αποτελείται από ένα κινητό σύμπλεγμα ψευδών ψαριών τα οποία κινούνται μαζί ως ένα ρομποτικό σχολείο σε ένα κύκλο γύρω από ένα μεγάλο ενυδρείο. Όταν τα ψάρια από ένα σχολικό πληθυσμό των sticklebacks τοποθετήθηκαν στο νερό με αυτό το μηχάνημα, μπήκαν στο ψεύτικο ψάρι και κολύμπησαν μαζί τους. Όταν τα ψάρια από τον μη σχολικό πληθυσμό τοποθετήθηκαν στο νερό με αυτό το μηχάνημα, δεν έκαναν σχολείο. Αυτοί οι δύο πληθυσμοί είναι τόσο στενά συνδεδεμένοι ώστε να μπορούν να αλληλοσυμπληρώνονται. Οι ερευνητές εξέτασαν τους απογόνους των σχολικών και μη σχολικών ψαριών για να δουν ποια συμπεριφορά θα έδειχνε κάθε ψάρι. Όπως αναμενόταν, κάποιοι εκπαιδεύτηκαν, και κάποιοι δεν το έκαναν. Μόλις ταξινομηθούν τα υβριδικά ψάρια, τα γονίδιά τους εξετάστηκαν για να διαπιστωθεί εάν υπήρχε μια συγκεκριμένη υπογραφή που πήγαινε με την εκπαίδευση σε σχέση με την μοναχική κολύμβηση.
Αποδεικνύεται ότι το γονίδιο που φαίνεται να ελέγχει τη σχολική συμπεριφορά σε αυτά τα ψάρια δεν είναι τίποτε άλλο από την Eda, το ίδιο γονίδιο που ελέγχει τον αριθμό των οστεώδους πλάκας.
Έτσι, τα sticklebacks όχι μόνο μας δίνουν ένα μεγάλο παράδειγμα του πώς μπορεί να προκύψει παράλληλη εξέλιξη, αλλά και ένα μεγάλο παράδειγμα ενός γονιδίου που επηρεάζει περισσότερα από ένα χαρακτηριστικά. Αλλά πώς λειτουργεί αυτό; Τα ψάρια που δεν αναπτύσσουν οστικές πλάκες επίσης δεν αναπτύσσουν πλήρως λειτουργική πλευρική γραμμή. Μια πλευρική γραμμή είναι ένα όργανο αίσθησης που έχουν πολλά ψάρια που επιτρέπουν στα ψάρια να ανιχνεύσουν την κίνηση σε άλλο σημείο του νερού. Ορισμένα αρπακτικά ψάρια χρησιμοποιούν την πλευρική γραμμή για να βρουν τη λεία τους, άλλα ψάρια χρησιμοποιούν την πλευρική γραμμή για να ανιχνεύσουν τα αρπακτικά ζώα και έτσι να αποφύγουν να γίνουν θύματα και η σχολική χρήση των ψαριών χρησιμοποιεί την πλευρική γραμμή για να παρακολουθεί τα άλλα ψάρια στο σχολείο. Προφανώς, τα sticklebacks με τις κακώς αναπτυγμένες πλευρικές γραμμές δεν μπορούν να σχολιάσουν επειδή δεν μπορούν να αισθανθούν σωστά τα άλλα ψάρια με τα οποία θα χρειαζόταν να συντονίσουν τις κινήσεις τους.
Πηγές:
Colosimo, Pamela F., Kim E. Hosemann, Sarita Balabhadra, Guadalupe Villarreal, νεώτερος, Mark Dickson, Jane Grimwood, Jeremy Schmutz, Richard M. Myers, Dolph Schluter και David M. Kingsley. 2005. Γενικευμένη Παράλληλη Εξέλιξη στα Sticklebacks με επαναλαμβανόμενη σταθεροποίηση της Ectodysplasin Alleles Science 25 Μαρτίου 2005: 307 (5717), 1928-1933.
Pennisi, Elizabeth. 2012. Ρομποτικό Ψάρι Point στο σχολείο Gene. Νέα και Ανάλυση. Science 335 (6066): 276-277. DOI: 10.1126 / science.335.6066.276-b
