Ved gentagelse:Biologer observerer tilbagevendende evolutionære ændringer over tid hos pindeinsekter

En langvarig debat blandt evolutionære videnskabsmænd lyder sådan her:Sker evolution i et forudsigeligt mønster, eller afhænger det af tilfældige begivenheder og uforudsete begivenheder? Det vil sige, hvis du kunne skrue tiden tilbage, som den berømte videnskabsmand Stephen Jay Gould (1941-2002) beskrev i sin berømte metafor, "Replaying the Tape of Life", ville livet på Jorden igen udvikle sig som noget, der ligner det, vi ved det nu, eller ville det se meget, meget anderledes ud?

"Hvis du formulerer det som et enten/eller-spørgsmål, er det for forsimplet," siger Utah State Universitys evolutionsbiolog Zachariah Gompert. "Svaret er ikke 'helt tilfældigt' eller 'fuldstændigt deterministisk og forudsigeligt'. Og alligevel, ved at undersøge korte tidsskalaer, kan vi finde forudsigelige, gentagelige evolutionære mønstre."

Gompert og kolleger rapporterer beviser for gentagelig udvikling i populationer af pindeinsekter i papiret "Evolution gentager sig selv i replikerede langtidsstudier i naturen," i Science Advances . Forfattere på papiret omfatter Gomperts mangeårige samarbejdspartner Patrik Nosil og andre forskere fra Frankrigs Universitet i Montpelier, Brasiliens føderale universitet i São Paulo, Universitetet i Nevada, Reno og Notre Dame Universitet.

Holdet undersøgte tre årtiers data om hyppigheden af ​​kryptiske farvemønster-morfer hos pindeinsektarten Timema cristinae i ti naturligt replikerende populationer i Californien. T. cristinae er polymorf med hensyn til dens kropsfarve og mønster. Nogle insekter er grønne, hvilket gør det muligt for det vingeløse, plantefødende insekt at blande sig med californiske lilla (Ceanothus spinosus) buske. I modsætning hertil forsvinder grønstribede morfer mod chamise (Adenostoma fasciculatum) buske.

Gemmer sig blandt planterne er et af T. christinaes vigtigste forsvarsværker, da sultne fugle, som f.eks. krat, er umættelige rovdyr af pindeinsekterne.

"Fuglepredation er en konstant drivkraft, der former insekternes organismeegenskaber, herunder farve og stribet vs. ikke-stribet," siger Gompert, lektor i USU's Biologisk Institut og USU Ecology Center. "Vi observerede forudsigelige 'op-og-ned'-udsving i stribefrekvens i alle populationer, hvilket repræsenterer gentagelig evolutionær dynamik baseret på stående genetisk variation."

Han siger, at et felteksperiment viser, at disse udsving involverede negativ frekvensafhængig naturlig selektion (NFDS), hvor kryptiske farvemønstre er mere gavnlige, når de er sjældne frem for almindelige. Dette skyldes sandsynligvis, at fugle udvikler et 'søgebillede' efter et meget rigeligt bytte.

"På korte tidsskalaer kan udvikling, der involverer eksisterende variationer, være ret forudsigelig," siger Gompert. "Du kan regne med, at visse chauffører altid er der, såsom fugle, der lever af insekterne."

Men på længere tidsskalaer bliver evolutionær dynamik mindre forudsigelig.

"Befolkningen kan opleve en tilfældig begivenhed, såsom en alvorlig tørke eller en oversvømmelse, der forstyrrer status quo og dermed de forudsigelige resultater," siger Gompert.

På lange tidsskalaer kan en ny mutation i arten introducere en sjælden egenskab, siger han. "Det er omtrent så tæt på virkelig tilfældigt, som du kan komme."

"Sjældne ting går let tabt ved en tilfældighed, så der er stor sandsynlighed for, at en ny mutation kan forsvinde, før den får en højborg," siger han. "Faktisk har en anden art af Timema-pinde-insekt, der også lever af chamise, enten aldrig haft eller hurtigt mistet de mutationer, der gør det kryptiske stribetræk. Således er evolutionen af ​​stribe ikke et gentageligt resultat af evolution i denne lange skala."

Gompert bemærker, at gentagelser af langtidsstudier fra naturlige populationer, herunder forskning i den berømte Darwins finker, er sjældne.

"Fordi det meste af dette arbejde er begrænset til en eller få populationer, er det vanskeligt at drage slutninger om repeterbarhed blandt flere evolutionære uafhængige populationer," siger han. "Sådanne undersøgelser er udfordrende at implementere, ikke kun fordi de kræver en fælles indsats, men også fordi man ikke kan haste tiden."

Flere oplysninger: Patrik Nosil et al., Evolution gentager sig selv i gentagelser af langtidsstudier i naturen, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adl3149. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adl3149

Journaloplysninger: Videnskabelige fremskridt

Leveret af Utah State University