Ny forskning avslöjar Darwinfinkarnas evolution

Studien publiceras i Nature idag, dagen innan Charles Darwins 206:e födelsedag.

Darwinfinkarna är ett klassiskt exempel på en grupp närbesläktade arter som på ganska kort tid utvecklats från en gemensam ursprungsart. I Darwinfinkarnas fall så kom deras anfäder till Galapagos för cirka två miljoner år sedan. Sedan dess har de utvecklats till 15 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 Galapagos leguaner.

– Vi har nu sekvenserat hela arvsmassan hos 120 fåglar som representerar all kända arter av Darwinfinkar samt två närbesläktade arter för att studera deras evolution. Flera individer av varje art studerades och för vissa arter undersöktes individer från upp till sex olika öar i Galapagos arkipelagen för att kunna jämföra den genetiska variationen inom och mellan öar, förklarar Sangeet Lamichhaney, doktorand och delad förstaförfattare på artikeln.

Hybridisering mellan arter
En viktig upptäckt var att hybridisering mellan olika arter haft stor betydelse under finkarnas evolution. Forskarna kunde till och med se tydliga spår av hybridisering som måsta ha skett under Darwinfinkarnas tidiga evolution för cirka 1 miljon år sedan.

– Under vårt fältarbete på Galapagos så har vi sett många exempel på hybridisering mellan olika arter av Darwinfinkar men den evolutionära betydelsen av dessa händelser har varit okänd, förklarar Peter och Rosemary Grant, Princeton University, som vet mer än några andra om Darwinfinkarnas biologi efter att ha bedrivit fältarbete på Galapagos varje år under 40 års tid.

– Nu råder det ingen som helst tvekan om att hybridisering mellan olika arter spelat en avgörande roll för dessa arters utveckling och har bidragit till att bevara genetisk variation bland vissa av dessa arter, säger Peter Grant.

Den mest slående skillnaden mellan olika arter av Darwinfinkar är variationen i näbbens form och storlek. Charles Darwin fann variationen häpnadsväckande och i sin bok “The Voyage of The Beagle” jämförde han denna variation med den han var van vid från Europeiska fågelarter som sångarna, bofinken och stenknäcken. Den genetiska orsaken för denna variation undersöktes genom att noggrant jämföra två par arter med tydligt olika näbbform, trubbig respektive spetsig. De hittade femton olika regioner i arvsmassan som var starkt kopplad till skillnader mellan arter, och så många som sex av dessa regioner innehöll gener som tidigare kopplats samman med huvudet, ansiktets eller näbbens utveckling hos olika ryggradsdjur.

ALX1-genen viktig för snabb evolution
– Den mest spännande upptäckten var att genetisk variation i ALX1-genen var starkt associerad med variation i näbbens form både i jämförelser mellan arter och när vi jämförde olika individer av arten medium ground finch (Geospiza fortis), förklarar Leif Andersson, Uppsala universitet, SLU och Texas A&M University, som har lett studien.

– Detta är en otroligt spännande upptäckt eftersom vi tidigare har kunnat visa att det hos just denna art har skett en mycket snabb evolutionär förändring som en följd av cykliska variationer i klimatet, El Niño fenomenet. Detta påverkar tillgången av olika fröer som i sin tur avgör vilken typ av näbb som medger bäst anpassning. Nu vet vi att ALX1-genen har varit en viktig bidragande faktor till denna snabba evolution, säger Rosemary Grant.

ALX1-genen kodar för en transkriptionsfaktor som krävs för en normal utveckling av skallen och käkpartiet. Mutationer som helt inaktiverar denna gen orsakar en allvarlig medfödd missbildning hos oss människor, frontonasal dysplasi som innebär att ansiktet är asymmetriskt och näsan missbildad.

– Detta är ett intressant exempel då en mild mutation i en gen som är kritisk för normal utveckling bidrar till evolution och genetisk anpassning. Jag skulle inte bli ett dugg förvånad om det så småningom visar sig att den här typen av mutationer som bara modifierar ALX1-genens funktion bidrar till att förklara den minst sagt fascinerande mångfalden i utseende bland oss människor som gör att vi utan problem kan känna igen enskilda individer bland miljontals andra, säger Leif Andersson.

Länk till artikel: http://nature.com/articles/doi:10.1038/nature14181
DOI: 10.1038/nature1418

Kontaktinformation
Professor Leif Andersson, Uppsala universitet, SLU & Texas A&M University, Telefon: +01-979 862 4063 (befinner sig i USA just nu), e-post: Leif.Andersson@imbim.uu.se Professorerna Peter och Rosemary Grant, Princeton University, Princeton, N.J. 08544-1003, telefon: +01-609 258 3845, epost: prgrant@princeton.edu