Yksi mielenkiintoisimmista laaja-alaisista malleista evoluutiossa on rinnakkaisuus. Esimerkiksi lento on kehittynyt monta kertaa samanaikaisesti lukuisista ei-lentävistä organismeista; monet selkärankaiset lajit, jotka eivät ole kaloja, ovat kehittyneet uimaan samanaikaisesti. Yhdessä tutkimuksessa löydettiin kehonpanssarien samansuuntainen kehitys lukuisien suolaisen veden esi-isien makeanveden tarttuvien kalojen joukossa.
Toinen mielenkiintoinen asia evoluutiossa, jota on arvostettu vasta viime vuosikymmeninä, on se, että geenien ja ominaisuuksien välillä ei ole yksinkertaista vastaavuutta. Harvoin yksi geeni määrittää yhden piirteen, ja harvoin yksi ominaisuus vaihtelee yhden geenin takia. Yksinkertaisista geeni-ominaisuussuhteista on kymmeniä esimerkkejä, joista monet löydettiin vuosia sitten. Koska näitä suhteita oli suhteellisen helppo löytää ja kuvailla, oppikirjamme ovat niitä täynnä ja ajattelumme genetiikasta perustui pitkään niihin. Mutta tämä on vähän kuin perusta ajatuksellemme, kuinka kaikki ajoneuvot toimivat, ymmärtämällä syvästi leluvaunun toimintaa. Pienen punaisen vaunun mekaniikka ja tekniikka eivät auta meitä ymmärtämään liukuportaita, sukellusveneitä tai Apollon kuunlaskujärjestelmiä. Nyt ajattelemme, että useimmat geenit vaikuttavat useisiin piirteisiin ja useimmat geenit vaikuttavat useisiin geeneihin, ja että se on kaikki hyvin monimutkainen.
Äskettäinen tutkimus, jossa tarkasteltiin peruuttamiskäyttäytymistä, näyttää olevan esimerkki yhdestä geenistä, joka vaikuttaa useisiin ominaisuuksiin.
Sappikalat ovat Gasterosteidae-kalaperheen jäseniä, ja suolassa ja makeassa vedessä elävät lajit. Makean veden tikkuhihnat syntyivät suolaisen veden esi-isistä, jotka olivat saaristossa alle noin 17 000 vuotta sitten monissa paikoissa pohjoisella pallonpuoliskolla. Tästä syystä erot makean veden ja suolaisen veden tukkeissa edustavat viimeaikaista ja nopeaa kehitystä tunnettujen lajiryhmien keskuudessa ja ovat siten erityisen mielenkiintoisia tutkijoille.
Suolaisen veden sauvoissa on jopa 36 luulevyä, jotka liittyvät pienempaan määrään teräviä selkärankoja. Nämä levyt ja piikit suojaavat kaloja petoeläimiltä, mutta niiden tuottaminen ja ylläpito on kallista. Luiset levyt tarvitsevat ylimääräistä kalsiumia, mikä on harvinaista joissain ympäristöissä, ja ne rajoittavat kalan kehon liikkeitä.
Makean veden tikkuhihnoissa on yleensä vähemmän selkärankoja ja luustoisia levyjä. Joillakin on lautasrivin aukko (tätä kutsutaan ”osittaisksi morfiksi”), kun taas toisissa on vain muutama lautanen kalan takapäässä (“matala morfismi”). Makeassa vedessä on vähemmän kalsiumia kuin suolavedessä, joten tämä saattaa olla mukautuminen rajoittavaan resurssiin. Myös makean veden ympäristöissä on yleensä vähemmän saalistajia kuin suolavesissä, joten luupalkkien suojaominaisuudet saattavat olla vähemmän tärkeitä makeassa vedessä; Ehkä tässä panssarissa oli rento luonnollinen valinta, ja ajan myötä se hävisi monissa eri väestöissä samanaikaisesti.
Vuoden 2005 tutkimuksessa tutkijat tarkastelivat geeniä ( Eda ), joka määrittelee luulevyn kasvua, ja havaitsivat, että makean veden tarttuvilla bakteereilla oli variantti geenistä, joka aiheutti harvemman levyjen muodostumisen näissä populaatioissa. Eda- geeni palvelee todennäköisesti säätelytoimintoa, joten se voisi määrittää yhden fenotyyppialueista täysin panssaroidusta suolavesiversiosta kahteen makean veden löydettyyn pienempään panssaroituun versioon. Geneettisen ja väestöanalyysin yhdistelmä sai tutkijat havaitsemaan, että suurin osa pohjoisen pallonpuoliskon makeanveden tikkuhihnoista, joissa luuta levyt menetetään, tekevät niin, koska he ovat perineet muun muassa Edan, joka on harvinainen alkuperäisissä suolavesipopulaatioissa. Joten piirre kehittyi rinnakkain monissa suuntaviivoissa, jotka kaikki olivat peräisin erilaisista suolavesipopulaatioista, mutta se kehittyi myös geenin yhdestä olemassa olevasta muodosta. Kuitenkin havaittiin myös, että yksi tai useampi pohjoisen pallonpuoliskan iskunkestävyys, jolla oli vähennetty luupalkki, sai tämän ominaisuuden täysin erilaisesta geneettisestä muutoksesta.
Tämä piirre on siis esimerkki ominaisuudesta, jonka määrittelee useampi kuin yksi geeni, ja esimerkki rinnakkaisesta evoluutiosta, joka tapahtuu useammalla kuin yhdellä tavalla.
Toisessa tutkimuksessa, joka on juuri raportoitu tieteellisessä kokouksessa, tarkastellaan sitä, mikä näyttää olevan täysin erilainen kysymys iskunkestävyyden evoluutiosta. Suurin osa tikkuista muodostuu kouluista, mikä on yleinen mukautus kalojen keskuudessa noudattaen periaatetta, että numeroturvallisuus on olemassa. Mutta on yksi makeanveden tikkukatkaisu, joka ei muodosta kouluja. Kanadan brittiläisessä Columbiassa sijaitsevan Paxton-järven murtumatkat uivat suurimman osan ajasta yksin. Koulujen muodostumisen sijaan he piiloutuvat Paxton-järven pohjassa olevaan paksuun kasvillisuuteen.
Fred Hutchinsonin syöpätutkimuskeskuksen edustaja Anna Greenwoodin johtama tutkimusryhmä Seattlessa suunnitteli koneen koekäyttäytymisen testaamiseksi ja mittaamiseksi tikkuissa. Tämä koostuu liikkuvasta kaltaisesta väärennettyjen kalojen klusterista, joka liikkuu yhdessä robottikouluna ympyrässä suuren akvaarion ympärillä. Kun koulujen koululaisten kappaleet kalaa asetettiin veteen tällä koneella, ne liittyivät väärennettyihin kaloihin ja uivat heidän ympärillään. Kun ei-koululaisten kalat asetettiin veteen tällä koneella, he eivät koulunsa. Nämä kaksi populaatiota ovat niin läheisessä yhteydessä toisiinsa, että ne voivat risteytyä. Tutkijat kokeilivat koululaisten ja muiden kuin koululaisten jälkeläisiä nähdäkseen, mitä käyttäytymistä kukin kala osoittaisi. Kuten odotettiin, jotkut koulusivat, toiset eivät. Kun hybridilajit oli lajiteltu, niiden geenejä tutkittiin nähdäkseen, oliko olemassa erityistä allekirjoitusta, joka meni koulutuksen ja yksinäisen uinnin välillä.
Osoittautuu, että geeni, joka näyttää hallitsevan koulujen käyttäytymistä näissä kaloissa, ei ole kukaan muu kuin Eda, sama geeni, joka säätelee luupalkkien määrää.
Joten tikunlinnat eivät ole vain loistava esimerkki siitä, kuinka rinnakkainen evoluutio voi tapahtua, vaan myös loistavan esimerkin geenistä, joka vaikuttaa useampaan kuin yhteen ominaisuuteen. Mutta miten se toimii? Kalat, joilla ei ole luullisia levyjä, eivät myöskään kehitä täysin toimivaa sivuttaista linjaa. Sivusuuntainen viiva on monien kalojen mielessä oleva elin, jonka avulla kalat voivat havaita liikkumisen muualla vedessä. Jotkut saalistavat kalat käyttävät sivuttaista linjaa saaliinsa löytämiseksi, toiset kalat käyttävät sivuttaista linjaa petoeläinten havaitsemiseksi ja välttävät siten saalistamista, ja koulukalat käyttävät sivuttaislinjaa seuratakseen koulun muita kaloja. Ilmeisesti huonosti kehittyneiden sivuttaisten linjojen kiinniottajat eivät voi koulua, koska he eivät pysty kunnolla aistimaan muita kaloja, joiden kanssa heidän tulisi koordinoida liikkeensä.
Lähteet:
Colosimo, Pamela F., Kim E. Hosemann, Sarita Balabhadra, Guadalupe Villarreal, Jr., Mark Dickson, Jane Grimwood, Jeremy Schmutz, Richard M. Myers, Dolph Schluter ja David M. Kingsley. 2005. Levinnyt rinnakkainen evoluutio kiinni palamisessa toistuvalla kiinnityksellä ektodysplasin Alleles Science -teollisuudessa 25. maaliskuuta 2005: 307 (5717), 1928-1933.
Pennisi, Elizabeth. 2012. Robottikalakohta koulugeeniin. Uutiset ja analyysi. Science 335 (6066): 276 - 277. DOI: 10, 1126 / tiede.335.6066.276-b
