Ny forskning viser, at mikroevolution kan bruges til at forudsige, hvordan evolution fungerer på meget længere tidsskalaer

Lige siden Charles Darwin offentliggjorde sin skelsættende teori om, hvordan arter udvikler sig, har biologer været fascineret af de indviklede mekanismer, der gør evolution mulig.

Kan mekanismer, der er ansvarlige for udviklingen af ​​en art over nogle få generationer, kaldet mikroevolution, også forklare, hvordan arter udvikler sig over perioder, der strækker sig til tusinder eller millioner af generationer, også kaldet makroevolution?

Et nyt papir, netop udgivet i Science , viser, at befolkningernes evne til at udvikle sig og tilpasse sig over nogle få generationer, kaldet evolvabilitet, effektivt hjælper os med at forstå, hvordan evolution fungerer på meget længere tidsskalaer.

Ved at kompilere og analysere enorme datasæt fra eksisterende arter såvel som fra fossiler var forskerne i stand til at vise, at udviklingsevnen, der er ansvarlig for mikroevolution af mange forskellige egenskaber, forudsiger mængden af ​​ændring, der observeres mellem populationer og arter adskilt med op til en million år.

"Darwin foreslog, at arter gradvist udvikler sig, men det, vi fandt, er, at selvom populationer hurtigt udvikler sig på kort sigt, akkumuleres denne (kortsigtede) evolution ikke over tid. Men hvor divergerende populationer og arter er i gennemsnit, over lange perioder afhænger stadig af deres evne til at udvikle sig på kort sigt," sagde Christophe Pélabon, professor ved NTNU's Institut for Biologi og seniorforfatter af papiret.

Store datasæt fra levende væsner og fossiler

Evnen til at reagere på selektion og tilpasse sig, evolvabiliteten, afhænger af mængden af ​​arvelig (genetisk) variation. Forskerne udførte deres analyse ved først at kompilere et massivt datasæt med mål for evolverbarhed for levende populationer og arter fra offentligt tilgængelig information. De plottede derefter udviklingsmuligheder mod populations- og artsdivergens for forskellige egenskaber såsom [fugle] næbstørrelse, antal afkom, [plante] blomsterstørrelse og mere.

De undersøgte også information fra 150 forskellige slægter af fossiler, hvor andre forskere havde målt forskelle i morfologiske træk i fossilerne over tidsperioder så korte som 10 år og så lange som 7,6 millioner år.

Det, de så, var, at træk med højere evolverbarhed var mere divergerende blandt eksisterende populationer og arter, og at træk med højere evolverbarhed var mere tilbøjelige til at være forskellige fra hinanden mellem to på hinanden følgende fossile prøver.

Omvendt ændrede egenskaber med lille evolverbarhed eller lille variabilitet sig ikke meget mellem populationer eller mellem successive fossile prøver

Miljøudsving er nøglen

Egenskaber med højere evolverbarhed ændrer sig hurtigt, fordi de er i stand til at reagere hurtigere på miljøændringer, sagde Pélabon.

Miljøet – ting som temperatur, typen af ​​tilgængelig mad eller enhver anden egenskab, der er vigtig for individets overlevelse og reproduktion – er drivkraften bag evolutionære ændringer, fordi befolkninger forsøger at tilpasse sig deres eget miljø. Typisk ændrer miljøer sig fra år til år eller årti til årti, svingende omkring stabile midler. Dette genererer udsving i udvælgelsesretningen.

Meget udviklende egenskaber kan hurtigt reagere på disse fluktuationer i selektion og vil svinge over tid med høj amplitude. Egenskaber med ringe evolverbarhed vil også svinge, men langsommere og dermed med lavere amplitude.

"Befolkninger eller arter, som er geografisk fjernt fra hinanden, er udsat for miljøer, hvis udsving ikke er synkroniserede. Følgelig vil disse populationer have forskellige egenskabsværdier, og størrelsen af ​​denne forskel vil afhænge af amplituden af ​​egenskabens udsving, og derfor på egenskabens udviklingsmuligheder," sagde Pélabon.

Konsekvenser for biodiversiteten

Forskernes resultater tyder på, at selektionen og dermed miljøet tidligere har været relativt stabilt. Med klimaændringer ændrer tingene sig hurtigt, og for det meste i én retning. Dette kan i høj grad påvirke udvælgelsesmønstre, og hvordan arter kan tilpasse sig miljøer, der stadig er svingende, men omkring optima, der ikke længere er stabile, selv over perioder på nogle få årtier.

"Hvor mange arter vil være i stand til at spore disse optima og tilpasse sig er usikkert, men højst sandsynligt vil dette have konsekvenser for biodiversiteten, selv på en kort tidsskala," sagde han.

Flere oplysninger: Agnes Holstad et al, Evolvability forudsiger makroevolution under fluktuerende selektion, Science (2024). DOI:10.1126/science.adi8722

Journaloplysninger: Videnskab

Leveret af Norges Universitet for Videnskab og Teknologi