Vetenskapsområdet för teknik och naturvetenskap

Nya rön om näbbens evolution hos Darwinfinkar

2016-04-22

Medium ground finch (Geospiza fortis) som födosöker på en Opuntia kaktus.

En av de allra mest intressanta aspekterna av Darwinfinkarnas evolution är hur olika arter utvecklat olika sorters näbbar för att kunna utnyttja olika födoresurser på Galápagos. En grupp forskare från Uppsala universitet och Princeton University har nu identifierat en specifik gen som förklarar skillnader i näbbens storlek hos Darwinfinkar. Studien publiceras idag i Science.

Darwinfinkarna är ett klassiskt exempel inom evolutionsbiologin eftersom det är uppenbart att dessa fåglar måste ha utvecklats från en gemensam ursprungsart på ganska kort tid (cirka två miljoner år). Sedan dess har de utvecklats till 18 olika arter som skiljer sig åt i storlek, näbbens form, sång och färgteckning. Förändringar i näbbens form och storlek har inneburit en evolutionär anpassning som gör att olika arter kan utnyttja olika födokällor som insekter, frön, nektar från kaktusblommor samt även blod från sjöfåglar som häckar på Galápagos. I en tidigare studie från samma grupp av forskare identifierades en gen (ALX1) som påverkar näbbens form och nu har de upptäckt en annan gen (HMGA2) som påverkar näbbens storlek.

- Våra data visar som förväntat att många gener påverkar näbbens form och storlek men vi har nu påvisat de två gener som med stor sannolikhet haft störst betydelse för evolutionen av Darwinfinkarnas näbbar, förklarar Sangeet Lamichhaney, doktorand vid Uppsala universitet och studiens förstaförfattare.

Charles Darwin var den första som beskrev hur konkurrens mellan arter om samma begränsade födoresurs leder till utveckling av biodiversitet genom att olika arter divergerar från varandra vilket i sin tur leder till en minskad konkurrens mellan arter. Det är en viktig princip för utvecklingen av komplexa ekosystem men det har varit svårt att påvisa denna typ av evolutionära förändringar i naturen. Ett bra exempel har dokumenterats hos Darwinfinkar där en art (the medium ground finch) fick mindre näbbar till följd av en allvarlig torka som drabbade Galápagos 2004-2005. Det ledde till en ökad konkurrens mellan the medium ground finch med medelstora näbbar och the large ground finch med jättestora näbbar, där medium ground finches med störst näbbar drog det kortaste strået och uppvisade en hög dödlighet eftersom de inte klarade konkurrensen med large ground finches.

- Vår nya studie går nu ett steg längre och vi kan visa på gennivå hur denna snabba förändring av en morfologisk egenskap gått till, förklarar Peter och Rosemary Grant, Princeton University, som genomfört fältstudier under 40 års tid på Galápagos och som är medförfattare på den nya studien.

- Den selektion som påverkat HMGA2-genen under denna torkepisod är ett av de starkaste selektionstryck på en enskild gen som hittills dokumenterats i naturen, fortsätter Peter och Rosemary Grant.

HMGA2-genen har tidigare visats sig påverka kroppsstorlek hos hundar och hästar och det är en av de hundratals gener som påverkar kroppslängden hos människa. HMGA2 har också en roll vid utvecklingen av cancer eftersom somatiska (icke ärftliga) förändringar av genens aktivitet kan påverka spridningen av cancer.

- Den vi vet är att HMGA2-genen påverkar aktiviteten av andra gener men den exakta mekanismen hur de på verkar näbbens storlek hos Darwin-finkar eller kroppslängd hos människa är fortfarande höljt i dunkel, förklarar Leif Andersson vid Uppsala universitet, SLU och Texas A&M University, som har lett studien.

 - Det är spännande att denna gen dyker upp hos flera olika arter som en gen som påverkar olika former av tillväxt. Vidare forskning för att bättre förstå denna gens funktion är helt klart väl motiverad, avslutar Leif Andersson.