Gustul pentru otravă se revoluționează în muștele fructelor
Noah K. Whiteman
un Departament de Biologie Integrativă, Universitatea din California, Berkeley, CA, 94720;
Andrew D. Gloss
b Departamentul de ecologie și biologie evolutivă, Universitatea din Arizona, Tucson, AZ, 85721
Contribuțiile autorului: N.K.W. și A.D.G. a scris ziarul.
Evoluția este imprevizibilă. Pentru a ilustra acest lucru, Stephen J. Gould a propus odată un experiment de gândire: înfășurați banda vieții într-un punct din trecutul îndepărtat, apăsați butonul de reluare și observați rezultatul. „Orice reluare a casetei”, presupunea el, „ar duce evoluția pe o cale radical diferită de drumul parcurs efectiv” (1). Cu toate acestea, natura este plină de exemple de organisme evoluate independent, care împărtășesc fenotipuri similare (2). Concilierea imprevizibilității evoluției cu faptul că trăsături similare apar în repetate rânduri independent este o sarcină importantă pentru biologii evoluționisti.
Evoluția repetată a trăsăturilor, evoluția convergentă, poate fi rezultatul a două sau mai multe linii care se adaptează independent la medii similare (2). Oricât de simplu este acest fapt, rămân multe întrebări critice, în special la nivel genetic. Principalul dintre acestea este măsura în care cazurile de evoluție convergentă se bazează pe paralelismul molecular (genetic): procesul prin care schimbările la aceleași gene conduc la fenotipuri similare în diferite linii. În PNAS, Yassin și colab. (3) metode de pârghie în genomica evoluției, inclusiv un nou instrument statistic pe care l-au inventat, pentru a investiga baza moleculară a evoluției convergente la două specii de muște de fructe care au evoluat independent pentru a se specializa pe același fruct producător de toxine. Foarte important, această descoperire și perspectivele viitoare se bazează pe capacitatea noastră continuă de a explora și studia biosfera amenințată a planetei noastre.
Povestea descoperită de Yassin și colab. (3) începe acum aproximativ 30.000 de ani. În acest moment, o populație de musca de fructe destul de obișnuită Drosophila yakuba a invadat insula Mayotte (Fig. 1A), situată în canalul Mozambic al Oceanului Indian, la aproximativ jumătatea distanței dintre nordul Mozambicului și nordul Madagascarului (3). Pentru a pune acest interval de timp în perspectivă, Homo sapiens din Europa a început să picteze asemănările animalelor pe care le-au vânat - și care le-au vânat - în peșterile de lângă Chauvet, Franța, în aceeași perioadă (4). Oamenii navigatori, precum și speciile de plante pe care le-au cultivat, nu ar fi colonizat încă Mayotte pentru cel puțin încă 25.000 de ani (5). La un moment dat după colonizarea inițială de către muște, populația Mayotte din D. yakuba a început să se adapteze la viață pe rodul putrezit al noni (Fig. 1B). Noni este o plantă din aceeași familie ca cafeaua (Rubiaceae), numită Morinda citrifolia și se găsește în zonele de coastă din Oceanul Indian. Fructele sale conțin o toxină, acid octanonic, care nu este tolerat de majoritatea insectelor. Yassin și colab. (3) au constatat că Mayotte D. yakuba acum nu numai că tolerează toxina noni, ci preferă fructele noni în locul fructelor din alte specii de plante.
(A) Insula Mayotte. Imagine oferită de Nelly Gidaszewski. (B) D. yakuba femelă pe fructe noni (Morinda citrifolia). Imagine oferită de John Pool.
Constatările lui Yassin și colab. (3) sunt un exemplu excelent de adaptare rapidă a organismelor la medii noi, stresante. Ele dezvăluie, de asemenea, un caz probabil de specializare extremă a dietei: D. yakuba se hrănește cu fructe putrezite din aproape 30 de specii de plante de pe continentul african, dar se hrănește numai cu noni în Mayotte (3). De remarcat aici este faptul că specializarea de către muștele fructelor pe noni a evoluat de două ori: o dată pe Mayotte și o dată pe insulele Seychelles.
Cu aproximativ 500.000 de ani în urmă, pe vremea când Homo erectus a creat primele gravuri geometrice cunoscute pe o coajă pe Java (6), o populație de Drosophila simulans a invadat Insulele Seychelles și ulterior a evoluat pentru a se specializa pe noni. Populația din Seychelles din D. simulans a divergat în cele din urmă până la punctul în care hibrizii cu D. simulans sunt relativ infertili și acest lucru, împreună cu alte dovezi, merita desemnarea descendenței Seychelles ca specie distinctă de D. simulans, numită Drosophila sechellia, care este un model bine studiat pentru speciația ecologică. În special, arhitectura genomică a adaptării la toxinele produse de noni a fost cartografiată în D. sechellia (7).
Cum pot biologii evolutivi să caute genomuri întregi, într-o manieră relativ imparțială, pentru modificări genetice paralele care stau la baza convergenței fenotipice? Genomica populației, studiul variației secvenței ADN între indivizii dintr-o populație, oferă un prim pas puternic. Pe măsură ce o populație se adaptează la un mediu nou, variantele genetice („alele”) conferă avantaje în acel mediu creșterea frecvenței în populație. Acest proces lasă amprente caracteristice în modele de variație genetică de-a lungul genomului (12). Căutarea acestor amprente este o modalitate puternică de a descoperi gene candidate implicate în adaptare, care poate fi caracterizată prin studii funcționale de urmărire. Din păcate, amprentele genomice ale adaptării se estompează în timp, astfel încât genomica populației este un instrument util doar pentru a descoperi baza genetică a adaptărilor relativ recente (13, 14). Cu toate acestea, cazurile de convergență fenotipică, în care o linie a evoluat recent trăsătura, permite extinderea perspectivei de la genomica populației la impozite legate la distanță cu trăsături convergente.