Milczenie świerszczy

Samce świerszczy mają na skrzydłach dwa narządy – żyłkę z kilkoma równo rozmieszczonymi zębami i wzniesioną fałdę. Kiedy świerszcz pociera je, efekt dźwiękowy przypomina przeciąganie paznokciem po zębach grzebienia. Ale u wszystkich cichych świerszczy na wyspie Kauai żyłka rosła pod dziwnym kątem i praktycznie zaniknęła. Ich skrzydła były płaskie. 

Ta zmiana uniemożliwiła im zawołania godowe, ale prawdopodobnie uratowała im życie. W latach 1990. zespół Zuk odkrył, że świerszcze stały się obiektem ataków pasożytniczej muchy, której larwy wkręcały się w ich ciała i pożerały je żywcem. Muchy znajdowały świerszcze słysząc ich cykania i były tak skuteczne, że na początku lat 90. zainfekowały jedną trzecią samców. W 2002 r. populacja świerszczy dramatycznie zmalała i Zuk sądziła, że grozi  im wyginiecie.

Milczące samce nie były jednak atakowane przez larwy. Kiedy rozmnażały się i rozprzestrzeniały, przenosiły mutację płaskich skrzydeł. W 2003 r. populacja świerszczy ponownie wzrosła. W ciągu mniej niż 20 pokoleń populacja zmieniła się niemal całkowicie z śpiewających świerszczy na milczące. Świerszcze stały się klasycznym, wręcz podręcznikowym przykładem szybkiej ewolucji.

W kilka lat później zespół odkrył, że dokładnie to samo stało się na sąsiedniej wyspie Oahu! W 2005 r. po raz pierwszy znaleźli cztery płaskoskrzydłe samce na tej wyspie. W 2007 połowa samców miała płaskie skrzydła.

Początkowo sądzili, że mutacja płaskich skrzydeł powstała raz na Kauai, a potem rozprzestrzeniła się na Oahu. To miało sens: zaledwie nieco ponad sto kilometrów dzieli te wyspy, więc wydawało się możliwe – nawet prawdopodobne – że łodzie albo silne wiatry przeniosły płaskoskrzydłe samce na Oahu. Kiedy tam przybyły, rozmnażały się z miejscowymi samicami i ich dobrotliwa mutacja rozprzestrzeniła się.

Ale zdarzyło się coś innego.

Prowadząc nowe badania, Sonia Pascoal z University of St Andrews odkryła, że ten przypadek ewolucyjnego déjà entendu w rzeczywistości jest przykładem konwergencji. Dwie populacje świerszczy, zagrożone przez tego samego podsłuchującego pasożyta, niezależnie od siebie wyewoluowały płaskie skrzydła, mniej lub bardziej w tym samym czasie w kilka zaledwie lat.

Pierwszą wskazówką dla Pascoal było to, że skrzydła milczących świerszczy z Kauai wyglądały inaczej niż milczków z Oahu. Nawet gołym okiem można rozróżnić te dwie grupy.

Testy genetyczne ujawniły jeszcze większe różnice. Na obu wyspach mutacja w pojedynczym genie powoduje płaskie skrzydła, gdzieś na chromosomie X. Ale obie te mutacje powstały niezależnie!

Zespół Pascoal szukał markerów genetycznych, które otaczają mutację płaskich skrzydeł i które są dziedziczone razem z nią. Znaleźli ich ponad 7 tysięcy, ale tylko 22 posiadały obie populacje. Jest to silna sugestia, że te dwie mutacje płaskich skrzydeł powstały niezależnie od siebie. Wydaje się, że powstały w różnych wersjach chromosomu X. Mogły nawet powstać w różnych genach lub w różnych częściach tego samego genu.

“To była spora niespodzianka!” mówi Nathan Bailey, który kierował tym nowym badaniem (Zuk też bierze w nim udział).  “Istnieją solidne dowody, że ewolucja potrafi działać w przysłowiowym mgnieniu oka, ale większość z nich pochodzi z badań laboratoryjnych, gdzie jest znacznie łatwiej o warunki kontrolowane. Nadzwyczajne z tymi świerszczami jest to, że niemal równoczesne pojawiły się dobrotliwe mutacje na dwóch wyspach”.  

Zespół zidentyfikował mutacje (lub gen) odpowiedzialne za płaskie skrzydła. Chcą także wiedzieć, jak powstały i co robią. Czy te dwie populacje miały różne warunki wyjściowe, które wpłynęły na nabyte mutacje? Czy jest gorący punkt w genomie świerszcza, gdzie łatwo pojawiają się mutacje wpływające na kształt skrzydeł? I czy te mutacje w ten sam sposób prowadzą do płaskich skrzydeł?

Odpowiedzi przyjdą z czasem. Tak samo jak odkrycie milczących świerszczy przez Zuk dało nam wspaniały przykład szybkiej ewolucji, to najnowsze odkrycie dostarcza wyśmienitej okazji do przyjrzenia się ewolucji zbieżnej na jej najwcześniejszych stadiach.

“Wiele badań nad ewolucją zbieżną staje przed trudnością, że pojawienie się mutacji, która powoduje podobne adaptacje w różnych populacjach, mogło zajść bardzo dawno temu – mówi Bailey. – Trudno wtedy powiedzieć, czy cechy o podobnych funkcjach powstały niezależnie, czy też mają wspólnego przodka”. Pisałem o takim przykładzie w zeszłym tygodniu: naukowcy dopiero niedawno zrozumieli, że duże, nielotne ptaki, takie jak strusie , emu i nandu wyewoluowały swoje ciężkie, olbrzymie ciała niezależnie od siebie.

Ale na Kauai i Oahu Zuk i jej koledzy znaleźli przykład ewolucji zbieżnej dziejącej się na bieżąco. „To nadzwyczajna okazja” – mówi Bailey.

Źródło: Pascoal, Cezard, Eik-Nes, Gharbi, Majewska, Payne, Ritchie, Zuk & Bailey. 2014. Rapid Convergent Evolution in Wild Crickets. Current Biology. http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2014.04.053

The silence of the crickets the silence of the crickets

Not Exactly Rocket Science, 29 maja 2014

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska

Ed Yong 

Mieszka w Londynie i pracuje w Cancer Research UK. Jego blog „Not Exactly Rocket Science” jest próbą zainteresowania nauką szerszej rzeszy czytelników poprzez unikanie żargonu i przystępną prezentację.
Strona www autora