Generna får kråkor att välja partners som liknar dem själva

Vad är motorn bakom biodiversitet? För ett och ett halvt århundrade sedan upptäckte Charles Darwin att arter förändras genom evolution. Idag vet vi att alla egenskaper som definierar en organism finns inprogrammerat i dess genom. Men det är fortfarande inte känt hur nya arter uppstår från enskilda genetiska förändringar.

För att undersöka denna fråga använde forskarna sig av ett evolutionärt modellsystem från fågelvärlden – kråkor från släktet Corvus. Centralt i detta system är den oberoende förekomsten av fläckig fjäderdräkt i flera arter hos släktet som står i konstrast till den dominerande helsvarta fjäderdräkten hos de flesta kråkor och korpar. Det faktum att olika individer som avviker i färg vanligtvis tenderar att välja partners som ser likadana ut har potential att fungera som en reproduktiv barriär och främja ‘speciation by perception’ (artbildning via perception). Men hur kan en sådan barriär programmeras in i genomet?

Forskarna fokuserade på den tidiga änden av det evolutionära spektret hos släktet och undersökte den hur den genetiska arkitekturen skilde sig mellan svartkråkan (Corvus [corone] corone) och gråkråkan (C. [c.] cornix). Där de svarta och grå kråkorna möts i centrala Europa blandar arterna fortfarande gener med varandra, vilket har resulterat i en smal hybridzon (15-150) som bortsett från små förändringar har sett likadan ut under åtminstone hundra år. Sådana hybridzoner är naturliga evolutionära experiment som lämpar sig för att studera tidiga processer av ofullständig artbildning.

För att karaktärisera den genetiska arkitekturen hos denna hybridzon och vaska fram de avgörande skillnaderna mellan svartkråka och gråkråka var forskarna tvungna att använda en mängd olika angreppsätt: de genereade en fullständig genomsekvens av gråkråkan, genomförde populationsgenetiska analyser av hela genomet hos många individer, födde upp unga kråkor för att mäta genuttrycket under kontrollerade villkor och karaktäriserade funktionellt växande fjädersäckar med särskilt fokus på melanocyterna, cellerna som producerar färg.

I forskarnas screening av mer än en miljard baspar hos kråkans genom hos ett stort antal individer av både svartkråka och gråkråka fann de knappt någon skillnad. Endast 82 baspar skilde sig entydigt och 81 av dem var koncentrerade i en liten genomregion som kodar för gener som är inblandade i färgbestämning och visuell perception. Liksom en ö verkade denna region hos genomet stå emot genflöden som i övrigt verkade påverka hela genomet. Följdriktigt med hypotesen om isolering längs fjäderdräktmönstren såg forskargruppen att genuttrycket nästan bara skilde sig i växande fjädersäckar vid den tidpunkt då färgen fördelas ut i fjädrarna. Gener som var inblandade i färgsättningen uttrycktes i lägre nivåer hos de grå kråkorna, vilket gjorde att de producerade grå istället för svarta fjädrar.

– Sammantaget tyder dessa resultat på den spännande möjligheten att en egenskap som är viktig för partnerval, som färg, kan vara genetiskt kopplad till hur den uppfattas. En sådan mekanism skulle kunna vara en gemensam evolutionär utvecklingsväg hos visuellt orienterade arter som gynnar separationen av populationer till nya arter, säger Jochen Wolf, forskare i evolutionsbiologi vid Uppsala universitet, som lett studien.

FAKTA
Poelstra JW, Vijay N, Bossu C, Lantz H, Ryll B, Müller I, Baglione V, Unneberg P, Wikelski M, Grabherr MG, Wolf JBW (2014) The genomic landscape underlying phenotypic integrity in the face of gene flow in crows. Science