Søker svar på 100 år gammel biologigåte
Ved hjelp av 58.046 fluer har forskere i Florida og Norge klart å belyse et spørsmål som biologer har lurt på i over 100 år.
EVOLUSJON: – Kan de sterke sammenhengene mellom størrelse og andre biologiske egenskaper endres ved naturlig utvalg?
Dette spørsmålet ville forskerne ved Center for Biodiversity Dynamics (NTNU), Center for Evolutionary and Ecological Synthesis (Universitetet i Oslo) og Florida State University finne svar på.
58.046 bananfluer (Drosophila melanogaster) ble brukt i eksperimentet der forskerne bevisst avlet frem sammenhenger du normalt ikke ser ute i naturen.
– På bare 26 generasjoner klarte vi å lage mer ekstreme sammenhenger hos bananfluene enn over 50 millioner år med evolusjon har klart, sier NINA-forsker og tidligere postdoktor ved Center for Biodiversity Dynamics (CBD) på NTNU, Geir H. Bolstad.
Vill bananflue. Foto: Thinkstock
Men det mest overraskende var at da forskerne sluttet med kunstig utvalg av bananfluene, gikk sammenhengene tilbake til utgangspunktet av seg selv på bare 15 generasjoner.
Selv mange generasjoner med kunstig seleksjon ble reversert i løpet av kort tid da den naturlige seleksjonen fikk fritt spillerom. Hvorfor? Det krever en lengre forklaring.
Sterke sammenhenger
I naturen er det ofte slik at vi finner en sterk sammenheng mellom kroppsstørrelse og form, anatomi og fysiologi.
For eksempel har store dyr relativt sett mindre hjerner enn små dyr. En annen sammenheng er at forbrenningen hos et dyr kan beregnes med en formel med utgangspunkt i kroppsstørrelsen. I biologien kalles dette for allometri.
Slike sammenhenger finner vi både innenfor arter og mellom arter, og sammenhengene er ofte nærmest uforandret over lang tid. Noen ganger er sammenhengene så sterke at de blir regnet som naturlover.
Naturlov: Små vinger er rundest
For fluer er det normalt slik at små vinger er rundere enn store vinger. Denne sammenhengen mellom rundhet og størrelse er veldig konsekvent, og mer enn 50 millioner år med evolusjon har nesten ikke rokket ved den.
Men på bare 26 generasjoner med kunstig seleksjon av fluer greide altså forskerne å endre dette.
– Vi klarte å selektere slik at små vinger ble enda rundere i forhold til de store, men også motsatt, slik at de store vingene ble rundere enn de små, forklarer Bolstad.
Å få vingene til simpelthen å endre form eller størrelse ved seleksjon er lett, ifølge Bolstad, som presiserer at det de har gjort er å endre sammenhengen mellom form og størrelse i populasjonen.
Altså, proporsjonene mellom ulike trekk endrer seg systematisk på en annerledes måte, som om for eksempel fingrene var lengre på små hender enn på store.
Men da forskerne holdt opp med kunstig seleksjon, kom altså sammenhengen mellom størrelse og rundhet tilbake på bare 15 generasjoner.
Hos fluer der bare den gjennomsnittlige vingeformen var kraftig endret gjennom kunstig seleksjon, men ikke sammenhengen mellom vingeform og størrelse, ble det ikke observert en slik tilbakegang.
I naturen er vingeform- og størrelse viktig for aerodynamikken, men i laboratoriet skulle ikke dette utgjøre noen vesentlig fordel eller ulempe for fluene siden fluene ikke har behov for å fly i dette miljøet.
Påvirker negativt
– Grunnen til at sammenhengen mellom størrelse og rundhet gikk tilbake til utgangspunktet er sannsynligvis at vi har selektert på gener som også påvirker andre egenskaper negativt, forklarer Bolstad.
Den naturlige seleksjonen «rettet» derfor opp den kunstige seleksjonen, og det i løpet av få generasjoner, fordi de negative egenskapene ga en ulempe i konkurransen om å føre genene videre.
Bananflua har sett svært lik ut gjennom millioner av år. Foto: Thinkstock
Dette er i tråd med teorier innen biologi om at grunnleggende utviklingsprosesser i en organisme blir knyttet opp mot mange andre egenskaper, slik at de samme genene påvirker en rekke egenskaper.
Allometriske sammenhenger, slik som sammenhengen mellom vingeform og størrelse hos fluene, blir regnet for å være et produkt av slike grunnleggende utviklingsprosesser.
Kunstig seleksjon på slike sammenhenger er derfor forventet å påvirke vitale egenskaper hos organismen negativt.
– Dette kan være en viktig del av forklaringen på hvorfor noen egenskaper og sammenhenger holder seg uforandret gjennom millioner av år med evolusjon, forklarer Bolstad.
Svaret
Så hva blir svaret på den gamle biologigåten? Kan de sterke sammenhengene mellom størrelse og andre biologiske egenskaper endres ved naturlig utvalg?
– I prinsippet ja, men i praksis er det lite trolig på grunn av de skadelige sideeffektene, i alle fall over kortere tidsrom. Over millioner av år med evolusjon er det likevel mulig at naturlig seleksjon kan favorisere mutasjoner som kompenserer for de skadelige effektene og dermed endre sammenhengene permanent, forklarer Bolstad.
- Les også: Hvorfor svensker og trøndere er ulike
Anerkjent tidsskrift
Resultatene fra studien, som er finansiert med midler fra Forskningrådet, er denne uken publisert i det anerkjente internasjonale tidsskriftet PNAS.
– Dette prosjektet har vært et fantastisk samarbeid mellom flere forskningsinstitusjoner rundt spørsmålet om prosesser som begrenser evolusjon. Resultatene av studiet gjør at vi skjønner mye mer om evolusjon av allometri, men resultatene har samtidig gitt opphav til nye spørsmål om utvikling og seleksjon, avslutter Christophe Pélabon, prosjektleder ved CBD på NTNU.
Forskerne vil ikke med dette påstå at de har hele svaret på spørsmålet. De studerte bare ett trekk hos én organisme, og må forske mer for å vite hvor generelle disse resultatene er.
Referanse: Complex constraints on allometry revealed by artificial selection on the wing of Drosophila melanogaster.
Sak hos NINA: Flueavl kaster lys over 100 år gammel biologigåte
