Anpassbare Eidechsen illustrieren den Schlüsselprozess der Evolution, der vor einem Jahrhundert vorgeschlagen wurde

Anonim

In den meisten Teilen der Mojave-Wüste haben seichte Eidechsen braune und braune Abzeichen, die sich gut in ihre Wüstenumgebung einfügen. Auf der Pisgah Lava Flow findet man jedoch eine ganz andere Population von seitengeblotteten Echsen, so schwarz wie die Felsen, auf denen sie leben.

Wie dringen Tiere in neue Umgebungen ein, die anders sind als die, für die die Evolution sie mit fein abgestimmten Anpassungen ausgestattet hat? Helle Echsen auf einem Lavastrom sollten für Raubfische leicht zu ernten sein. Wie also haben sie lange genug überlebt, um eine dunklere Färbung zu entwickeln?

Eine Erklärung dafür ist, dass viele Eigenschaften eines Tieres nicht festgelegt sind, sondern sich während seiner Lebenszeit ändern können. Diese "phänotypische Plastizität" ermöglicht einzelnen Tieren, ihr Aussehen oder Verhalten so zu verändern, dass sie in einer neuen Umgebung überleben können. Letztendlich entstehen in der Bevölkerung durch genetische Veränderungen und natürliche Selektion, die über Generationen hinweg auf die Bevölkerung einwirken, neue überlebensfördernde Anpassungen. Dies ist bekannt als der "Baldwin-Effekt" nach dem Psychologen James Mark Baldwin, der die Idee in einer bahnbrechenden Veröffentlichung von 1896 präsentierte.

Wissenschaftler, die die seichte Eidechse auf der Pisgah Lava Flow untersuchen, haben diesen Prozess jetzt genauestens dokumentiert. Sie zeigten, wie einzelne Eidechsen Farben in einer neuen Umgebung verändern können, um auf Lava dunkler zu werden; sie identifizierten Gene, die die Färbung regulieren und die sich zwischen Populationen auf und abseits der Lava unterscheiden; und sie fanden heraus, dass die genetischen Veränderungen in der Bevölkerung, angepasst an den Lavastrom, diese Echsen dunkler machen als andere. Ihre Ergebnisse, veröffentlicht am 6. September in Current Biology, können das detaillierteste Beispiel des Baldwin-Effekts sein, der in einer wilden Population auftritt.

"Es ist eine alte und sehr mächtige Idee, und jetzt haben wir genetische Beweise dafür, wie es in der Wildnis passiert", sagte Co-Autor Barry Sinervo, Professor für Ökologie und Evolutionsbiologie an der UC Santa Cruz.

Sinervo studiert in Kalifornien seit über 30 Jahren side-blotched Eidechsen. Erster Autor Ammon Corl, der seinen Ph.D. in Sinervos Labor befindet sich das UC Berkeley Museum für Wirbeltier-Zoologie. Corl sagte, dass er zum ersten Mal von der Pisgah Eidechse Population von einem unveröffentlichten Ph.D. Diplomarbeit von Co-Autorin Claudia Luke, jetzt an der Sonoma State University.

"Claudia hat herausgefunden, wie plastisch ihre Färbung ist, und ich habe auf genetische Veränderungen getestet, die die Färbung in der Pisgah-Population beeinflusst haben", sagte Corl. "Baldwin sagte voraus, dass Plastizität es Organismen erlaubt, neue Umgebungen zu besiedeln, und sie entwickeln dann neue Anpassungen durch natürliche Selektion. Bisher fehlten uns jedoch die genetischen Werkzeuge, um zu zeigen, dass dies in einem Feld geschieht."

Wenn Forscher Seitenblütkige Eidechsen von einem Hintergrund zum anderen bewegen (zum Beispiel von Sand zu Lavagestein), beginnen Veränderungen der Färbung innerhalb einer Woche zu erscheinen, und allmähliche Veränderungen der Färbung dauern noch Monate danach an. "Es scheint, als würde sich das dunkle Melaninpigment langsam und langsam aufbauen", sagte Corl.

Die Eidechsenpopulationen auf und neben dem Lavastrom haben beide diese Plastizität, die es ihnen ermöglicht, die Farbe zu ändern, wenn sie in eine neue Umgebung bewegt werden. Aber die beiden Populationen haben auch erbliche Unterschiede in der Pigmentierung. Die genetische Analyse zeigte Unterschiede zwischen den zwei Populationen in zwei Genen, die an der Regulierung der Melaninproduktion beteiligt sind.

Die Forscher kreuzten Echsen aus den beiden Populationen, züchteten die Nachkommen in einer gemeinsamen Umgebung und maßen die Färbung der Nachkommen ab. Diese Experimente zeigten, dass Variationen in den Melanin-verwandten Genen mit der Dunkelheit der Echsenhäute korrelieren.

Genetische Stichproben von seitlich befleckten Eidechsen, die den Lavastrom umgeben, zeigten, dass die in der Lava-Population gefundenen Genvarianten auf diese Population beschränkt sind, was darauf hindeutet, dass die Varianten durch Mutationen entstanden sind, die bei Eidechsen auf der Lava aufgetreten sind. Demographische Modellierungsstudien legen nahe, dass die neuen Mutationen Tausende von Jahren nach dem Lavastrom entstanden sind, vor etwa 22.000 Jahren.

"Wir haben side-blotched Eidechsen überall, sogar an einem anderen Lavastrom studiert, und diese genetischen Varianten werden nur bei Pisgah gefunden, also wissen wir, dass dort entstanden ist", sagte Sinervo. "Dies sind Gene, die die Färbung steuern, indem sie den Melaninproduktionsweg steuern, aber auf eine komplexe Art. Die Pisgah-Echsen passen am besten zur Farbe der Lava jeder Population, können aber trotzdem wieder Sand und einen ganz anderen Charakter annehmen Hintergrund."

Der für eine einzelne Eidechse mögliche Farbbereich ist bemerkenswert. "In mancher Hinsicht ist es erstaunlich, dass die natürliche Selektion immer noch so plastisch ist. Alles, was dazu gehört, ist ein Missverhältnis, und das kann den Unterschied zwischen Leben und Tod ausmachen", sagte Corl. "Innerhalb der Population gibt es immer noch Unterschiede, so dass wir beim Prozess des Einwirkens auf diese Gene die natürliche Selektion getroffen haben. Wir können nun weitere Feld- und Laborstudien durchführen, um besser zu verstehen, wie stark plastische Eigenschaften durch die Evolution geformt werden."

menu
menu