Един от най-интересните мащабни модели в еволюцията е паралелизмът. Например, полетът е еволюирал много пъти, паралелно, от множество нелетящи организми; много видове гръбначни животни, които не са риби, са се развили паралелно. Едно проучване открива паралелна еволюция в бронежилетата сред сладководни риби, които са отвлечени от многобройни соленоводни предци.
Друго интересно нещо за еволюцията, което се оценява едва през последните десетилетия, е фактът, че няма просто съответствие между гените и чертите. Рядко един ген определя една черта и рядко една черта варира поради един ген. Има десетки примери за прости взаимоотношения между генетични черти, много от които са открити преди години. Тъй като тези връзки бяха сравнително лесни за намиране и описване, нашите учебници са пълни с тях и нашето мислене за генетика дълго време се основаваше на тях. Но това малко прилича на концепцията ни за това как работят всички превозни средства, като разберем дълбоко работата на комбито за играчки. Механиката и инженерството на малко червено комби няма да ни помогнат да разберем ескалатори, подводници или лунни системи за изстрелване на Apollo. Сега мислим, че повечето гени засягат множество черти и повечето черти са засегнати от множество гени и че всичко е много сложно.
Неотдавнашно проучване, което разглежда поведението на отстъпките, изглежда е пример за един ген, засягащ множество черти.
Стикерите са членове на семейство риби Gasterosteidae, с видове, които живеят в сол и сладка вода. Сладководни пречки са еволюирали от предците на солена вода, които са били на сушата преди по-малко от 17 000 години на много места в Северното полукълбо. Поради тази причина разликите между сладководни и соленоводни пречки представляват скорошна и бърза еволюция сред добре позната група видове и по този начин са особено интересни за учените.
Солените води са до 36 костеливи плочи, свързани с по-малък брой остри шипове. Тези плочи и шипове предпазват рибите от хищници, но те са скъпи за производство и поддържане. Костните плочи се нуждаят от допълнителен калций, което е рядкост в някои среди и те ограничават движенията на тялото на рибата.
Сладководните стикове са с по-малко шипове и костеливи плочи. Някои имат празнина в редицата на плочите (това се нарича "частичен морф"), докато други имат само няколко плочи в задната част на рибата ("нисък морф"). Прясната вода има по-малко калций от солената вода, така че това може да е адаптация към ограничаващ ресурс. Също така, сладководната среда има тенденция да има по-малко хищници, отколкото среди със солена вода, така че защитните характеристики на костените плочи могат да бъдат по-малко важни в сладката вода; може би е имало спокойна естествена селекция на тази броня и с течение на времето тя се е загубила в много различни популации паралелно.
В проучване от 2005 г. учените разгледаха ген ( Eda ), който определя растежа на костената плоча и откриха, че сладководните стикове имат вариант на гена, който е причинил образуването на по-малко плочи в тези популации. Вероятно генът Eda изпълнява регулаторна функция, така че може да определи един от гамата фенотипове от напълно бронираната версия на солената вода до двете по-малко бронирани версии, намиращи се в сладка вода. Комбинация от генетичен и популационен анализ накара изследователите да открият, че повечето сладководни препятствия в Северното полукълбо, които показват загуба на костеливи плочи, правят това, защото всички наследяват вариант на Еда, който е рядък при първоначалните популации на солена вода. Така черта се развива паралелно в много родове, всички произлизат от различни популации на солена вода, но също така е еволюирала от единна съществуваща форма на гена. Установено е обаче също, че една или повече от връзките на Северното полукълбо с намалени костени плочи са получили тази черта от съвсем различна генетична промяна.
Следователно тази черта е пример за характеристика, определена от повече от един ген, и пример за паралелна еволюция, протичаща с повече от един начин.
Второ изследване, току-що отчетено на научна среща, разглежда това, което изглежда е съвсем различен въпрос относно еволюцията на отдръпването. Повечето пречки са от училища, което е често срещана адаптация сред рибите, следвайки принципа, че има безопасност в броя. Но има една популация от сладководни пречки, които не формират училища. Отличията на езерото Пакстън, в Британска Колумбия, Канада, плуват сами през повечето време. Вместо да формират училища, те се крият в гъста растителност на дъното на езерото Пакстън.
Изследователският екип, ръководен от Анна Гринууд от Центъра за изследване на рака на Фред Хатчинсън в Сиатъл, е създал машина за тестване и измерване на поведението в училище при пречки. Това се състои от подвижен клъстер от фалшиви риби, които се движат заедно като роботизирана школа в кръг около голям аквариум. Когато рибите от училищна популация от стикове бяха поставени във водата с тази машина, те се присъединиха към фалшивите риби и плуваха наоколо с тях. Когато рибата от населението, което не е училището, е било поставено във водата с тази машина, те не са учили. Тези две популации са толкова тясно свързани, че могат да се кръстосват. Изследователите тествали потомството на училищата и не училищните риби, за да видят кое поведение ще прояви всяка риба. Както се очакваше, някои учеха, а други не. След като хибридните риби бяха подредени, техните гени бяха изследвани, за да се види дали има определен подпис, който е свързан с училищното обучение срещу самотното плуване.
Оказва се, че генът, който изглежда контролира училищното поведение при тези риби, е не кой да е, освен Еда, същият ген, който контролира броя на костените плочи.
Така че недостатъците не само ни дават чудесен пример за това как може да възникне паралелна еволюция, но и чудесен пример за ген, засягащ повече от една черта. Но как става това? Рибите, които не развиват костеливи плочи, също не развиват напълно функционираща странична линия. Страничната линия е орган на усещането, който много риби имат, което позволява на рибата да открива движение другаде на водата. Някои хищни риби използват страничната линия, за да намерят плячката си, други риби използват страничната линия, за да открият хищници и по този начин избягват да стават плячка, а училищните риби използват страничната линия, за да следят другите риби в училището. Очевидно, недостатъците със слабо развитите странични линии не могат да учат, защото не могат правилно да усетят другите риби, с които би трябвало да координират движенията си.
Източници:
Колосимо, Памела Ф., Ким Е. Хосеман, Сарита Балабхадра, Гуадалупе Виляреал, младши, Марк Диксън, Джейн Гримууд, Джеръми Шмуц, Ричард М. Майърс, Долф Шлютер и Дейвид М. Кингсли. 2005 г. Широко разпространена паралелна еволюция при обратната реакция чрез многократно фиксиране на ектодисплазиновата алелезна наука 25 март 2005: 307 (5717), 1928-1933.
Пениси, Елизабет. 2012. Роботизирана риба насочва към училищния ген. Новини и анализ Science 335 (6066): 276-277. DOI: 10.1126 / наука.335.6066.276-b
