Vandstridere illustrerer evolutionære processer

Hvordan opstår og diversificerer nye arter i naturen? Naturlig udvælgelse giver en forklaring, men de genetiske og miljømæssige forhold bag denne mekanisme er stadig dårligt forstået. Et hold ledet af Abderrahman Khila hos CNRS har lige fundet ud af, hvordan vandstridere (familien Veliidae) af slægten Rhagovelia udviklede viftelignende strukturer på spidsen af ​​deres ben.

Disse strukturer tillader dem at bevæge sig opstrøms mod strømmen, en bedrift udover evnerne hos andre vandstridere, der ikke har fans. Forskerne identificerede to gener, hidtil ukendt, der er ansvarlige for dannelsen af ​​Rhagovelia-benfans. Deres resultater er rapporteret i Videnskab (20. oktober, 2017).

Rhagovelia tilhører en gruppe af insekter (Gerromorpha), der er kendt for deres evne til at gå på vandet. Vandafvisende hår, der dækker deres ben, gør dette muligt. I modsætning til andre Gerromorpha, Rhagovelia er specialiseret til bevægelse på vandløb med stærk strøm ved hjælp af viftelignende forlængelser på et andet par ben, der fungerer som svømmefinner. Da Rhagovelia alene besidder disse fans, de tilbyder en ideel model til at studere, hvordan nye strukturer, eller morfologiske nyskabelser, dannes under evolutionsprocessen.

Forskerne ønskede først at vide, hvilken genetisk information der programmerede udviklingen af ​​fansene. De opdagede to hidtil ukendte gener i Rhagovelia, der skal udtrykkes for at fuldt dannede fans kan dukke op. Når disse gener dæmpes, Rhagovelia danner normale ben, men de mangler fans. Dybere undersøgelser afslørede, at et af de to gener faktisk er af tidlig oprindelse, have været arvet fra et forfædres insekt. Det andet gen er nyt, imidlertid, findes kun i Rhagovelia.

Den slående lighed mellem de to gener tyder på, at en genetisk mutation kan have givet anledning til det Rhagovelia-specifikke gen ved duplikering af det forfædres. Forskerne bemærkede også, at generne kun udtrykkes i celler ved spidsen af ​​mellembenene. Dette betyder, at udviklingen af ​​fans involverede mindst to store genetiske begivenheder:en duplikering af et gen for at give to kopier i Rhagovelia, og ekspressionen af ​​disse gener i cellerne, der giver anledning til fansene. Da disse fjerlige forlængelser minder om fans af japansk geisha, det nyere gen er blevet døbt geisha; slægtsgenet kaldes mor-til-geisha.

Khilas hold skulle derefter finde ud af formålet med disse fans og deres betydning for disse særlige vandstridere. Overraskende nok, Rhagovelia bevæger sig hurtigt over stillestående vand med eller uden vifter. På bevægelige vandmasser, imidlertid, normal Rhagovelia (dvs. med fans) hurtigt og ubesværet løbe opstrøms, mens fanløse Rhagovelia ikke kan matche den nuværende. Imidlertid, Rhagovelia med rudimentære fans gør et halvvejs anstændigt stykke arbejde - bedre end ventilatorløse Rhagovelia, men værre end personer med fuldt udviklede fans.

Disse resultater afslører, at nogle genetiske modifikationer kan føre til fremkomsten af ​​nye strukturer, der direkte påvirker organismers livsstil og giver dem adgang til økologiske nicher, der tidligere var uden for deres rækkevidde.