Ända sedan Charles Darwin publicerade sin landmärkesteori om hur arter utvecklas, har biologer fascinerats av de invecklade mekanismer som gör evolution möjlig.
Kan mekanismer som är ansvariga för utvecklingen av en art under några generationer, kallad mikroevolution, också förklara hur arter utvecklas över tidsperioder som sträcker sig till tusentals eller miljoner generationer, även kallad makroevolution?
En ny uppsats, precis publicerad i Science , visar att populationers förmåga att utvecklas och anpassa sig under några generationer, kallad evolverbarhet, effektivt hjälper oss att förstå hur evolution fungerar på mycket längre tidsskalor.
Genom att sammanställa och analysera enorma datamängder från befintliga arter såväl som från fossiler kunde forskarna visa att utvecklingsförmågan som är ansvarig för mikroevolution av många olika egenskaper förutsäger mängden förändring som observeras mellan populationer och arter separerade med upp till en miljon år.
"Darwin föreslog att arter gradvis utvecklas, men vad vi fann är att även om populationer snabbt utvecklas på kort sikt, ackumuleras inte denna (kortsiktiga) evolution över tiden. Men hur divergerande populationer och arter är i genomsnitt, över långa tidsperioder beror fortfarande på deras förmåga att utvecklas på kort sikt, säger Christophe Pélabon, professor vid NTNU:s institution för biologi och senior författare till tidningen.
Förmågan att svara på urval och att anpassa sig, evolverbarheten, beror på mängden ärftlig (genetisk) variation. Forskarna genomförde sin analys genom att först sammanställa en massiv datauppsättning med mått på evolverbarhet för levande populationer och arter från allmänt tillgänglig information. De plottade sedan utvecklingsbarhet mot populations- och artdivergens för olika egenskaper såsom [fågel] näbbstorlek, antal avkommor, [växt] blomstorlek och mer.
De undersökte också information från 150 olika linjer av fossiler, där andra forskare hade mätt skillnader i morfologiska egenskaper hos fossilerna över tidsperioder så korta som 10 år och så långa som 7,6 miljoner år.
Vad de såg var att egenskaper med högre evolverbarhet var mer divergerande bland befintliga populationer och arter, och att egenskaper med högre evolverbarhet var mer benägna att skilja sig från varandra mellan två på varandra följande fossila prover.
Omvänt förändrades inte egenskaper med liten evolverbarhet eller liten variabilitet särskilt mycket mellan populationer eller mellan successiva fossila prover
Egenskaper med högre evolverbarhet förändras snabbt eftersom de kan reagera på miljöförändringar snabbare, sa Pélabon.
Miljön – saker som temperatur, vilken typ av mat som finns tillgänglig eller någon annan egenskap som är viktig för individens överlevnad och reproduktion – är drivkraften för evolutionära förändringar eftersom befolkningar försöker anpassa sig till sin egen miljö. Vanligtvis förändras miljöer från år till år eller decennium till decennium, fluktuerande kring stabila medel. Detta genererar fluktuationer i valets riktning.
Mycket evolverbara egenskaper kan snabbt reagera på dessa fluktuationer i urvalet och kommer att fluktuera över tiden med hög amplitud. Egenskaper med liten evolverbarhet kommer också att fluktuera men långsammare och därmed med lägre amplitud.
"Befolkningar eller arter som är geografiskt avlägsna från varandra utsätts för miljöer vars fluktuationer inte är synkroniserade. Följaktligen kommer dessa populationer att ha olika egenskapsvärden, och storleken på denna skillnad kommer att bero på amplituden av egenskapens fluktuation, och därför på egenskapens evolverbarhet," sa Pélabon.
Forskarnas resultat tyder på att urvalet och därmed miljön har varit relativt stabilt tidigare. Med klimatförändringarna förändras saker och ting snabbt, och mest i en riktning. Detta kan starkt påverka urvalsmönster och hur arter kan anpassa sig till miljöer som fortfarande fluktuerar men kring optima som inte längre är stabila ens under tidsperioder på några decennier.
"Hur många arter som kommer att kunna spåra dessa optima och anpassa sig är osäkert, men troligen kommer detta att få konsekvenser för den biologiska mångfalden, även på en kort tidsskala," sade han.
Mer information: Agnes Holstad et al, Evolvability förutsäger makroevolution under fluktuerande urval, Science (2024). DOI:10.1126/science.adi8722
Journalinformation: Vetenskap
Tillhandahålls av Norges tekniska och naturvetenskapliga universitet
