Olika arter av spadefootpadda närmar sig metamorfos olika, och det är allt tack vare dammen de växte upp i, enligt ett team av forskare som inkluderar en forskare från University of Michigan.

Forskarna fann att vissa arter kan reglera tidpunkten för deras metamorfos genom att reglera hormonproduktionen, medan tidpunkten för andra arter är fast.

Deras studie, publicerad i Naturkommunikation , är en av de första som tillhandahåller en mekanism - i det här fallet, skillnaderna i hur metamorfos styrs av hormoner i olika arter av spadfotpadda - som ligger till grund för en teori som kallas genetiskt boende. Teorin introducerades för mer än 15 år sedan av Mary Jane West-Eberhard, en evolutionär biolog som avslutade alla sina examina vid U-M, säger studieförfattaren Robert Denver, en U-M utvecklingsneuroendokrinolog.

I denna teori, när organismer av något slag - mikrober, växter eller djur - upplev förändringar i sin miljö, över tid, att organismen kan ändra sin fenotyp, eller dess fysiska egenskaper, som utvecklas som reaktion på sin omgivning. West-Eberhard föreslog att skillnader mellan arter och nya fenotyper kan utvecklas genom förändring av deras förfädernas fenotyp. Dessa förändringar fixas sedan genom processen för genetiskt boende.

"För att detta ska fungera, förfäderna måste ha haft förmågan att uttrycka en rad fenotyper som svar på olika miljöer, en process som kallas fenotypisk plasticitet eller utvecklingsplasticitet. "sade Denver, professor och ordförande för UM-institutionen för molekylär, Cell- och utvecklingsbiologi.

Till exempel, hur människor ser ut kan variera beroende på deras kost, påfrestning, eller ett antal andra faktorer.

"Vi har alla en genotyp, eller gener, den koden för proteiner som i slutändan avgör hur vi ser ut och vad kapaciteten är för vår tillväxt. Men inom det, det finns en rad kroppsstorlekar som kan uppnås baserat på miljön, "sade Denver, som också är professor i ekologi och evolutionär biologi. "När miljövärdena skiftar mot ytterligheterna, naturligt urval kan gynna fenotyper som bättre kan leva i den nya miljön. "

I paddorna studerade Denver, nyckeln var i om dammarna av vatten som grodyngelarna som kläcktes i var permanenta eller kortlivade.

Forskarna upptäckte att arten av spadfotpadda som lever i halvpermanenta dammar kan utlösa sin egen metamorfos när de känner att deras damm torkar ut. Aktiveringen av deras sköldkörteln sporer metamorfos, precis som hos människor, men paddorna aktiverar också sina binjurar. Detta producerar ett stresshormon som påskyndar metamorfos, låta grodyngel fly från torkdammen och flytta till land som ung vuxen.

Andra arter av spadfotpaddor häckar i flyktiga pooler - till exempel vattenpölar i Arizona -öknen som bara finns några dagar. Dessa arter har en mycket kort utvecklingsperiod som inte kan förändras av den miljö de lever i.

Den kortare larvperioden för spadefotpadda som häckar i de flyktiga poolerna påverkar också deras storlek som vuxna. Spadefootpadda som häckar i halvpermanenta dammar är ungefär lika stora som en halv dollar när de metamorfoserar, medan den andra arten är ungefär lika stor som en krona, Sa Denver.

Denver säger att den gemensamma förfadern till spadefootpadda med största sannolikhet kunde modulera tidpunkten för dess metamorfos, men när några spadefoot paddor började leva i extremt utmanande, torra miljöer, de flyttade sin utvecklingsperiod till en mycket kort, fixat en.

"Deras förfäder hade sannolikt kapacitet att metamorfosera över en tidsperiod, till exempel från två veckor till tre månader eller mer, "Denver sa." Men med tiden, antingen blev deras livsmiljö mycket torrare, eller de råkade flytta in i dessa torra miljöer, och individerna som överlevde där var de som hade denna mycket korta utvecklingsperiod. "

I de torrare miljöerna, naturligt urval favoriserade de enskilda paddorna med mycket snabb utveckling men saknade kapacitet att variera deras utvecklingstakt som svar på sin omgivning. Istället, deras endokrina system är aktiva mycket tidigare i utvecklingen, och deras vävnader blev mycket mer känsliga för hormonsignalen.

"Vår studie är ett av få exempel på en fysiologisk/utvecklingsmekanism som ligger till grund för genetiskt boende, "Sa Denver.

Denver genomförde forskningen med medförfattare Saurabh Kulkarni och Daniel Buchholz vid institutionen för biologiska vetenskaper vid University of Cincinnati, och Ivan Gomez-Mestre på Doñana Biological Station i Spanien.