En långvarig debatt bland evolutionsforskare går ungefär så här:sker evolutionen i ett förutsägbart mönster eller beror det på tillfälliga händelser och oförutsedda händelser? Det vill säga, om du kunde vrida tillbaka klockan, som den hyllade vetenskapsmannen Stephen Jay Gould (1941–2002) beskrev i sin berömda metafor, "Replaying the Tape of Life", skulle livet på jorden återigen utvecklas som något liknande det som vi vet nu, eller skulle det se väldigt, väldigt annorlunda ut?
"Om du ramar in det som en antingen/eller-fråga är det för förenklat", säger utvecklingsbiologen Zachariah Gompert vid Utah State University. "Svaret är inte "helt slumpmässigt" eller "helt deterministiskt och förutsägbart." Och ändå, genom att undersöka korta tidsskalor, kan vi hitta förutsägbara, repeterbara evolutionära mönster."
Gompert och kollegor rapporterar bevis på repeterbar evolution i populationer av stickinsekter i tidningen "Evolution repeats itself in replicate long-term studies in the wild," i Science Advances . Författare på tidningen inkluderar Gomperts mångåriga medarbetare Patrik Nosil och andra forskare från Frankrikes universitet i Montpelier, Brasiliens federala universitet i São Paulo, universitetet i Nevada, Reno och Notre Dame University.
Teamet undersökte tre decennier av data om frekvensen av kryptiska färgmönstermorfer hos stickinsektsarten Timema cristinae i tio naturligt replikerade populationer i Kalifornien. T. cristinae är polymorf med avseende på sin kroppsfärg och mönster. Vissa insekter är gröna, vilket gör att den vinglösa, växtnärande insekten smälter in med buskar av Kaliforniens lila (Ceanothus spinosus). Däremot försvinner grönrandiga morfer mot chamis (Adenostoma fasciculatum) buskar.
Att gömma sig bland växterna är ett av T. christinaes nyckelförsvar, eftersom hungriga fåglar, som t.ex. nötskrika, är omättliga rovdjur av pinninsekterna.
"Fågelpredation är en ständig drivkraft som formar insekternas organismegenskaper, inklusive färg och randig kontra icke-randig," säger Gompert, docent vid USU:s institution för biologi och USU Ecology Center. "Vi observerade förutsägbara 'upp-och-ner'-fluktuationer i randfrekvensen i alla populationer, vilket representerar repeterbar evolutionär dynamik baserad på stående genetisk variation."
Han säger att ett fältexperiment visar att dessa fluktuationer involverade negativt frekvensberoende naturligt urval (NFDS), där kryptiska färgmönster är mer fördelaktiga när de är sällsynta snarare än vanliga. Detta beror troligen på att fåglar utvecklar en "sökbild" efter mycket rikliga byten.
"På korta tidsskalor kan utveckling som involverar befintliga variationer vara ganska förutsägbar", säger Gompert. "Du kan räkna med att vissa förare alltid finns där, som att fåglar livnär sig på insekterna."
Men på längre tidsskalor blir evolutionär dynamik mindre förutsägbar.
"Befolkningen kan uppleva en tillfällig händelse, som en allvarlig torka eller en översvämningshändelse, som stör status quo och därmed de förutsägbara resultaten", säger Gompert.
På långa tidsskalor kan en ny mutation i arten introducera en sällsynt egenskap, säger han. "Det är ungefär så nära slumpmässigt som du kan komma."
"Sällsynta saker går lätt förlorade av en slump, så det finns en stor sannolikhet att en ny mutation kan försvinna innan den får ett fäste", säger han. "Faktiskt, en annan art av Timema-pinnesekter som också livnär sig på schemis har antingen aldrig eller snabbt förlorat mutationerna som gör det kryptiska randdraget. Således är evolutionen av rand inte ett repeterbart resultat av evolutionen i denna långa skala."
Gompert konstaterar att upprepade långtidsstudier från naturliga populationer, inklusive forskning på den berömda Darwins finkar, är sällsynta.
"Eftersom det mesta av detta arbete är begränsat till en eller ett fåtal populationer är det svårt att dra slutsatser om repeterbarhet bland flera evolutionärt oberoende populationer", säger han. "Sådana studier är utmanande att genomföra inte bara för att de kräver en samlad ansträngning, utan också för att du inte kan skynda på tiden."
Mer information: Patrik Nosil et al, Evolution upprepar sig i upprepade långtidsstudier i naturen, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adl3149. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adl3149
Journalinformation: Vetenskapens framsteg
Tillhandahålls av Utah State University
