Üks huvitavamaid suuremahulisi mustreid evolutsioonis on parallelism. Näiteks lend on paralleelselt arenenud paljudest arvukatest mittelendavatest organismidest; paljud selgroogsete liigid, kes ei ole kalad, on paralleelselt edasi arenenud. Üks uuring avastas arvukate soolase veega esivanemate mageveekogumiku kalade paralleelset arengut soomusrüüdes.
Veel üks huvitav asi evolutsioonis, mida on hakatud hindama alles viimastel aastakümnetel, on asjaolu, et geenide ja tunnuste vahel pole lihtsat vastavust. Harva määrab üks geen ühe tunnuse ja harva varieerub üks tunnus ühe geeni tõttu. Lihtsaid geenitunnuste suhteid on kümneid näiteid, millest paljud avastati aastaid tagasi. Kuna neid suhteid oli suhteliselt lihtne leida ja kirjeldada, on meie õpikud neid täis ja meie geneetikaalane mõtlemine põhines pikka aega nendel. Kuid see sarnaneb meie kontseptsiooni kõigi sõidukite tööpõhimõttega mänguasjavagunite toimimise põhjaliku mõistmise põhjal. Väikese punase vaguni mehaanika ja inseneritehnika ei aita meil eskalaatoritest, allveelaevadest ega Apollo kuuesüsteemidest aru saada. Arvame nüüd, et enamik geene mõjutab mitut tunnust ja enamik tunnuseid mõjutavad mitut geeni ning et see kõik on väga keeruline.
Värske uuring, mis käsitles tagasilöögikäitumist, näib olevat üks geen, mis mõjutab mitmeid tunnuseid.
Sticklebacks on kalade sugukonna Gasterosteidae liikmed, liigid elavad soolas ja magedas vees. Magevee puudused tekkisid soolavee esivanematest, kes olid maapiirkonnas vähem kui umbes 17 000 aastat tagasi põhjapoolkera mitmel pool. Sel põhjusel tähistavad magevee- ja soolaseveepüüniste erinevused tuntud liikide rühma hiljutist ja kiiret arengut ning on seetõttu teadlastele eriti huvipakkuvad.
Soolase veega kleepsudel on kuni 36 kondiga plaati, mis on seotud väiksema arvu teravate selgrooga. Need taldrikud ja selgroog kaitsevad kalu röövloomade eest, kuid nende tootmine ja hooldamine on kulukas. Luuplaadid vajavad täiendavat kaltsiumi, mida on mõnes keskkonnas harva ning need piiravad kalade kehaliigutusi.
Magevee kleepsudel on tavaliselt vähem selgroogu ja kondiseid plaate. Mõnel on plaatide reas tühimik (seda nimetatakse “osaliseks morfiks”), teistel on kala tagaosas vaid mõned plaadid (“madal morf”). Magedas vees on vähem kaltsiumi kui soolases vees, nii et see võib olla kohanemine piirava ressursiga. Samuti on mageveekeskkondades vähem kiskjaid kui soolases vees, seega võivad kondiplaatide kaitseomadused magevees olla vähem olulised; Võib-olla oli sellel soomusel lõdvestunud loomulik valik ja aja jooksul kaotati see paljudes erinevates populatsioonides paralleelselt.
2005. aasta uurimuses vaatasid teadlased geeni ( Eda ), mis määrab kondiga plaadi kasvu, ja leidsid, et magevee kleepunud kleepsidel oli geeni variant, mis põhjustas nendes populatsioonides vähem plaatide teket. Geen Eda täidab tõenäoliselt regulatiivset funktsiooni, nii et see võib kindlaks teha ühe fenotüübi vahemikust alates täielikult soomustatud soolase vee versioonist kuni kahe väiksema soomustatud versioonini, mida leidub magevees. Geneetilise ja populatsioonianalüüsi kombinatsioon viis teadlasteni avastuse, et enamus põhjapoolkera mageveejääkidest, mis põhjustavad luude plaatide kadu, juhtuvad seda seetõttu, et nad kõik pärisid Eda variandi, mis on soolade algsetes populatsioonides haruldane. Nii arenes see tunnus paralleelselt paljudes liinides, mis kõik pärinesid erinevatest soolase vee populatsioonidest, kuid arenesid ka geeni ühest olemasolevast vormist. Kuid samuti leiti, et üks või enam vähendatud kondiga plaatidega põhjapoolkera kleepsu said selle tunnuse hoopis teistsuguse geneetilise muutuse tagajärjel.
See tunnus on seega näide tunnusest, mille määrab rohkem kui üks geen, ja näide paralleelsest evolutsioonist, mis toimub rohkem kui ühel viisil.
Teises uuringus, millest just teatati teaduslikul koosolekul, vaadeldakse näib, et tegemist on täiesti erineva küsimusega tagasilöögi arengust. Enamik puudusi moodustab kool, mis on kalade seas tavaline kohanemisviis, järgides arvude ohutuse põhimõtet. Kuid seal on üks magevee kleepunud elanikkond, mis ei moodusta koole. Kanadas Briti Columbias asuvas Paxtoni järves olevad kleepsud ujuvad enamasti üksi. Koolide moodustamise asemel varjavad nad end Paxtoni järve põhjas paksu taimestikuga.
Seattle'is asuva Fred Hutchinsoni vähiuuringute keskuse Anna Greenwoodi juhitud uurimisrühm töötas välja masina, mille abil testida ja mõõta koolikäitumist kleepsudes. See koosneb mobiilsetest võltskaladest koosnevast klastrist, mis liiguvad koos robotikoolina ringi suure akvaariumi ümber. Kui selle masinaga vette pandi koolikooli elanikkonnast pärit kalu, ühendasid nad võltskalad ja ujusid nendega ringi. Kui koolivälise elanikkonna kalad selle masinaga vette pandi, ei käinud nad koolis. Need kaks populatsiooni on üksteisega nii tihedalt seotud, et saavad omavahel suhestuda. Teadlased katsetasid koolikala ja koolivälise kala järglasi, et näha, millist käitumist iga kala ilmutab. Nagu arvata võis, osa koolitas ja mõni mitte. Kui hübriidkalad olid välja sorteeritud, uuriti nende geene, et näha, kas leidub konkreetset signaali, mis käiks kooliskäimise ja üksildase ujumise kohta.
Selgub, et geen, mis näib kontrollivat nende kalade koolikäitumist, pole keegi muu kui Eda, see on sama geen, mis kontrollib kondiplaatide arvu.
Nii et kleepsud ei anna meile mitte ainult suurepärast näidet, kuidas võib tekkida paralleelne evolutsioon, vaid ka suurepärast näidet geenist, mis mõjutab rohkem kui ühte tunnust. Aga kuidas see töötab? Kaladel, kellel ei teki kondiseid plaate, ei teki ka täielikult toimivat külgjoont. Külgjoon on paljude kalade organ, mis võimaldab kaladel tuvastada vee liikumist mujal. Mõned röövkalad kasutavad saagikuse leidmiseks külgjoont, teised kalad kasutavad röövloomade avastamiseks külgjoont ja väldivad seeläbi saagiks saamist ning koolikalad kasutavad külgjoont kooli teiste kalade jälgimiseks. Ilmselt ei saa halvasti arenenud külgjoontega kleepsud kooli minna, sest nad ei suuda õigesti tajuda teisi kalu, kellega neil oleks vaja oma liikumist koordineerida.
Allikad:
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. Laialdane paralleelne areng kleepsudes ektodüsplasiini alleelide teaduse korduva fikseerimise teel 25. märts 2005: 307 (5717), 1928–1933.
Pennisi, Elizabeth. 2012. Robootiline kalapunkt kooligeenile. Uudised ja analüüs. Science 335 (6066): 276-277. DOI: 10.1126 / teadus.335.6066.276-b
