Hur nyheter uppkommer i evolutionen

Det naturliga urvalet arbetar genom filtrering. Bra egenskaper förmeras, dåliga egenskaper försvinner. Men var kommer alla egenskaper ifrån?

På ett sätt är det ganska enkelt att förstå. Tänk dig ett öga. Tänk dig nu samma öga, men sämre i någon detalj. Över lång tid och genom testning hos många individer kommer det bättre ögat att bli vanligare, helt enkelt för att det är bättre. Tänk dig nu många sådana här steg, där varje steg bakåt i utvecklingen innebär ett öga som är lite sämre än det föregående, bara i någon detalj. Över lång tid ackumuleras många sådana här förändringar till en stor förändring, på samma sätt som en människa blir större och större under uppväxten, utan att man från den ena dagen till den andra kan upptäcka någon förändring i längd.

Just ögat är ett av de mer välundersökta fallen. det finns exempel i nu levande organismer på många typer av enklare ögon, så vi vet att lite sämre ögon än de vi har både fungerar och är till nytta. Svenska forskare i Lund visade 1994 att det krävs förvånansvärt kort tid (mindre än 400 000 år) för ett komplett öga att evolvera från ett enskilt lager ljuskänsliga celler. Men var kom de ljuskänsliga cellerna ifrån då? Det visar sig att det ljuskänsliga proteinet - rhodopsin - redan finns i vissa encelliga organismer. Små, små justeringar och små, små nyheter, och man kan över några hundra tusen år bygga makalösa strukturer.

Men det är modifikation och diversifiering av redan existerande strukturer som är modellen. En duplicering av en gen - något som är en vanlig typ av mutation - så blir den ena kopian fri att evolvera. Eller en ny kombination av påslagna gener i någon del av kroppen, så kan nya strukturer uppstå. Från en enkel början kan makalös diversitet uppstå på det här sättet - det räcker med en enda gen som ger självkopiering som start, sen kan all utveckling utgå och bygga på den. Var det så livet började? Vi vet inte, men vi tror oss veta hur det som hände sen går till.

I senaste Nature presenteras ett sällsynt vackert exempel på den här processen. Det gäller gruppen puckelstritar som har de mest bizarra utväxter på kroppen. Dessa utväxter kan få djuren att se ut som sådant som törnen, djurbajs, eller aggressiva myror. Entomologer brukar skämta att utväxterna är till för att kommunicera med hemplaneten - så skumma ser utväxterna ut. Hur har de här strukturerna uppkommit?

Puckelstritar

De är alla uppenbart modifieringar av en extra struktur som verkar "fri" att utvecklas för alla möjliga ändamål, som vapen, kamouflage eller dekoration för att bli attraktiv för det andra könet. Men hur kommer det sig att just puckelstritar har den här utväxten, men inte andra insekter?

Insekter är alla uppbyggda av tre huvuddelar: huvud, thorax och abdomen. Mittendelen - thorax - är i sin tur byggd av tre segment. Det är på dessa tre segment benen sitter, ett benpar på varje segment. (Det är så du känner igen en insekt - de har alla sex ben. Har det insektsliknande djuret du tittar på åtta ben är det istället en spindel.)

Insekter har också vingar, ofta på det andra och tredje segmentet av thorax - men aldrig det första. Vi vet av insektsfossil att vingarna på det första segmentet tillbakabildades under insekternas evolution, och nu har alltså inga insekter vingar där. Dessa vingar har inte gått förlorade för att genen för vingar har försvunnit - den finns ju  uppenbarligen i de andra segmenten - utan för att det tillkommit regulatoriska gener som stänger av vingarnas tillväxt i just det första segmentet.

Det som har skett hos puckelstritar är att den gen som ger vingtillväxt - efter att ha varit avstängd i det första segmentet i många tusen år - slagits på, tillsammans med andra regulatoriska gener som reglerar bildandet av olika kroppsstrukturer. Puckelstritarnas "pucklar" är därför inget annat än starkt modifierade vingar.

Intressant nog har förändringen av genuttrycket inte skett genom att regulatorsgenen som normalt stänger av vingtillväxtgenen slagits av, istället verkar det vara någon ny, ännu oidentifierad faktor som tillkommit som tillåter att både vingtillväxtgenen och dess regulatorgen är på samtidigt.

Referenser

• Nilsson D-E and Pelger S 1994 A pessimistic estimate of the time required for an eye to evolve. Proceedings of the Royal Society of London, Biological Sciences 256: 53-58.
• Moczek AP 2011 Evolutionary biology: The origins of novelty. Nature 473, 34–35.
• Prud’homme B, Minervino C, Hocine M, Cande JD, Aouane A, Dufour HD, Kassner VA and Gompel N 2011 Body plan innovation in treehoppers through the evolution of an extra wing-like appendage. Nature 473: 83–86.