Hur uppstår och diversifierar nya arter i naturen? Naturligt urval ger en förklaring, men de genetiska och miljömässiga förhållandena bakom denna mekanism är fortfarande dåligt förstådda. Ett team under ledning av Abderrahman Khila på CNRS har precis tagit reda på hur vattenstridare (familjen Veliidae) av släktet Rhagovelia utvecklade solfjäderliknande strukturer vid benspetsarna.

Dessa strukturer tillåter dem att röra sig uppströms mot strömmen, en bedrift utöver förmågan hos andra vattenstridare som inte har fans. Forskarna identifierade två gener, hittills okänd, som är ansvariga för bildandet av Rhagovelia benfläktar. Deras resultat redovisas i Vetenskap (20 oktober, 2017).

Rhagovelia tillhör en grupp insekter (Gerromorpha) som är kända för sin förmåga att gå på vatten. Vattenavvisande hårstrån som täcker deras ben gör detta möjligt. Till skillnad från andra Gerromorpha, Rhagovelia är specialiserade för förflyttning på bäckar med starka strömmar med fläktliknande förlängningar på ett andra benpar som fungerar som simfenor. Eftersom Rhagovelia ensam har dessa fans, de erbjuder en idealisk modell för att studera hur nya strukturer, eller morfologiska innovationer, bildas under evolutionsprocessen.

Forskarna ville först veta vilken genetisk information som programmerade utvecklingen av fläktarna. De upptäckte två tidigare okända gener i Rhagovelia som måste uttryckas för att fullbildade fans ska dyka upp. När dessa gener tystas, Rhagovelia bildar normala ben, men de saknar fans. Djupare undersökningar visade att en av de två generna faktiskt är av tidigt ursprung, har ärvts från en förfäders insekt. Den andra genen är ny, dock, finns endast i Rhagovelia.

Den slående likheten mellan de två generna tyder på att en genetisk mutation kan ha gett upphov till den Rhagovelia-specifika genen genom duplicering av den förfäders. Forskarna noterade också att generna endast uttrycks i celler vid spetsarna på mittbenen. Detta innebär att utvecklingen av fans involverade minst två stora genetiska händelser:en duplicering av en gen för att ge två kopior i Rhagovelia, och uttrycket av dessa gener i cellerna som ger upphov till fansen. Eftersom dessa fjäderiga förlängningar påminner om fansen av japansk geisha, den nyare genen har döpts till geisha; förfädersgenen kallas geishas mor.

Khilas team var sedan tvungen att ta reda på syftet med dessa fans och deras betydelse för just dessa vattenstridare. Förvånande, Rhagovelia rör sig snabbt över stilla vatten med eller utan fläktar. På rörliga vattenmassor, dock, normal Rhagovelia (dvs. med fläktar) snabbt och enkelt körs uppströms, medan fläktlösa Rhagovelia inte är någon match för nuvarande. Dock, Rhagovelia med rudimentära fläktar gör ett halvvägs anständigt jobb - bättre än fläktlösa Rhagovelia, men värre än individer med fullt utvecklade fans.

Dessa fynd avslöjar att vissa genetiska modifieringar kan leda till uppkomsten av nya strukturer som direkt påverkar organismernas livsstil och ger dem tillgång till ekologiska nischer som tidigare var utom räckhåll.