Hva er sammenhengen mellom evolusjon og fenotypisk plastisitet?

Det fins mange egenskaper som endrer seg avhengig av miljøet individet befinner seg i. Planter som vokser på vindutsatte steder i motsetning til mer beskyttede lokaliteter vil tilpasse veksten til vindforholdene. Daphina, et lite planktonisk krepsdyr, endrer utseende avhengig av om det er predatorer til stedet eller ikke.

Fenotypisk plastisitet - hvordan en organisme endrer seg avhengig av miljøet - har vært gjenstand for omfattende forskning i mange tiår. Spesielt hvordan seleksjon virker på slike karakterer og følgelig deres rolle i evolusjonen. Hvordan kan fenotypisk plastisitet i seg selv selekteres for? Vi vet jo at evolusjon kun kan skje med karakterer som arves fra en generasjon til den neste. Hvis genotypen er den samme, hva er det da det selekteres på? Forskere har lenge sagt at en måte å få innsyn i dette på er å finne en mekanisme for en egenskap som både styrer den arvelige komponenten og samtidig har en avgjørende rolle for de endringene som skjer når organismen forandrer seg pga miljøet.

Forskere ved Harvard University har nå funnet en slik link mellom arvelighet og plastisitet i en bestemt egenskap hos modellorganismen Drosophila - mer kjent som bananflue. De viste at antall ovarioler - eggstokker - er kontrollert av både arv og miljø gjennom den samme mekanismen, insulinsignalisering. Antall eggstokker har en direkte påvirkning på fitness fordi det avgjør hvor mange avkom en flue kan få. Denne egenskapen - fenotypen - viser både arvelig variasjon mellom ulike arter av bananflue og fenotypisk plastisitet (tilpasning til ulike miljøer), og det interessante er altså at insulinsignalisering er involvert i begge.

I laboratoriet til professor Cassandra Extavour kom forskerne på sporet av denne linken da bananfluer ble satt på diett. Når fluene har lite mat reduserer de antall eggstokker for å spare på ressurene. Det interessante var at noen fluer gjorde dette over natten, mens andre trengte lenger tid. Uansett, mekanismen er alltid den samme - insulinsignalisering. Det viste seg at ulike arter av bananflue drifter denne signaliseringen på forskjellige måter og dette er avhengig av de økologiske forholdene, dvs. miljøet, fluene lever under. Fluer som kun lever på Seychellene og som har en spesialisert diett har et lavere nivå av insulinsignalisering enn fluer som lever på en mer generell diett over hele verden.

Konklusjonen er at fluer som lever i miljøer hvor mattilgangen kan variere mye har stor fordel av å kunne endre antall eggstokker (ovarioler) raskt, mens fluer som lever under mer begrenset mattilgang som holder seg stabil har ikke behov for like mye plastisitet fordi de erfarer så og si aldri store variasjoner i næringstilgangen. I miljøer med mer variasjon vil fluene raskt kunne få fortgang i reproduksjonen ved å endre antall ovarioler når mattilgangen er stor.

Dette er første gang man har funnet en molekylær mekanisme som både forklarer forskjellen i en bestemt egenskap (antall ovarioler) mellom arter og plastisiteten man ser innad i artene for den samme egenskapen. Forskerne har vist at de evolusjonære endringene som har skjedd i insulinsignaliseringen har ført til en tilpasning av plastisitetens rekkevidde for de ulike artene, og denne rekkevidden er korrelert med populasjonsforskjeller i næringstilgang og stabilitet.

Referanser:
- Key connection: Biologists zero in on role of plasticity in evolution. Peter Reuell. Harvard Gazette, March 6, 2014
- Insulin signalling underlies both plasticity and divergence of a reproductive trait in Drosophila. Delbert A. Green II and Cassandra G. Extavour, 2014
Proceeding of the Royal Society B
- The role of developmental plasticity in evolutionary innovation. Moczek et al., 2011. Proceeding of the Royal Society B