אחד התבניות הגדולות והמעניינות ביותר באבולוציה הוא הקבלה. לדוגמה, הטיסה התפתחה פעמים רבות, במקביל, ממספר אורגניזמים שאינם עפים; מינים רבים של בעלי חוליות שאינם דגים התפתחו בשחייה במקביל. מחקר אחד גילה התפתחות מקבילה בשריון הגוף בקרב דגי מים מתוקים של אבות קדומים של מים מלוחים.
דבר מעניין נוסף באבולוציה, שזכה להערכה רק בעשורים האחרונים, הוא העובדה שאין התאמה פשוטה בין גנים לתכונות. לעיתים רחוקות, גן אחד קובע תכונה אחת, ולעיתים רחוקות תכונה אחת משתנה בגלל גן אחד. יש עשרות דוגמאות לקשרים פשוטים עם תכונות גנים, שרבים מהם התגלו לפני שנים. מכיוון שקשרים יחסית אלו היו קלים למצוא ולתיאור, ספרי הלימוד שלנו מלאים בהם והחשיבה שלנו על גנטיקה התבססה במשך זמן רב עליהם. אבל זה קצת כמו לבסס את התפיסה שלנו כיצד כל הרכבים עובדים על ידי הבנה עמוקה של פעולות העגלה. המכניקה וההנדסה של עגלה אדומה קטנה לא יעזרו לנו להבין דרגנועים, צוללות או מערכות שיגור ירחי אפולו. אנו חושבים כעת שרוב הגנים משפיעים על מספר תכונות ורוב התכונות מושפעות על ידי גנים מרובים, ושהכול מורכב מאוד.
מחקר שנערך לאחרונה ובחן התנהגות של נזקים חוזרים נראה כמו דוגמא לגן אחד המשפיע על תכונות מרובות.
Sticklebacks הם בני משפחת הדגים Gasterosteidae, עם מינים החיים במלח ובמים מתוקים. גיבורי המים המתוקים התפתחו מאבות אבות מים מלוחים שננחתו לפני פחות מ- 17, 000 שנה במקומות רבים ברחבי חצי הכדור הצפוני. מסיבה זו, ההבדלים בין גידולי מים מתוקים ומים מלוחים מייצגים התפתחות אחרונה ומהירה בקרב קבוצת מינים ידועה ולכן הם מעניינים במיוחד עבור המדענים.
לכריכיות מים מלוחים יש עד 36 צלחות גרמיות הקשורות למספר קטן יותר של עמוד שדרה חד. צלחות וקוצים אלה מגנים על הדגים מפני טורפים, אך הם יקרים לייצור ולתחזוקה. הלוחות הגרמיים דורשים תוספת סידן, דבר נדיר בסביבות מסוימות, והם מגבילים את תנועות גופם של הדגים.
כריכיים של מים מתוקים נוטים להיות בעלי פחות עמוד שדרה וצלחות גרמיות. לחלקם יש פער בשורת הלוחות (זה נקרא "מורף חלקי") ואילו אצל אחרים יש רק מעט צלחות בקצה האחורי של הדג ("מורף נמוך"). במים מתוקים יש פחות סידן מאשר מי מלח, כך שזה עשוי להיות התאמה למשאב מגביל. כמו כן, בסביבות מים מתוקים נוטים להיות פחות טורפים מסביבות מי מלח, כך שתכונות ההגנה של הצלחות הגרמיות עשויות להיות פחות חשובות במים מתוקים; אולי הייתה הברירה הטבעית הנינוחה בשריון זה, ועם הזמן היא אבדה במקביל באוכלוסיות רבות ושונות.
במחקר שנערך בשנת 2005, מדענים בדקו גן ( אדה ) שקובע את גידול הצלחת הגרמית ומצאו שלגבי מים מתוקים יש גרסה של הגן שגרם להיווצרות פחות צלחות באוכלוסיות אלה. הגן אדה משרת ככל הנראה תפקיד רגולטורי, כך שהוא יכול לקבוע אחד ממגוון הפנוטיפים החל מגרסת מי המלח המשוריינים במלואה לשתי גרסאות השריון הפחות טובות שנמצאו במים מתוקים. שילוב של ניתוח גנטי וניתוח אוכלוסיות הביא את החוקרים לגלות כי מרבית הגבים של מים מתוקים בחצי הכדור הצפוני המציגים אובדן של לוחות גרמיים עושים זאת מכיוון שכולם ירשו גרסה של אדה הנדירה באוכלוסיות מי המלח המקוריים. כך שהתכונה התפתחה במקביל בשושלות רבות, שכולן הגיעו מאוכלוסיות מים מלוחים שונים, אך היא התפתחה גם מצורה יחידה קיימת של הגן. עם זאת, נמצא גם כי אחד או יותר מגבשי הכדור הצפוני עם לוחות גרמיים מופחתים קיבלו תכונה זו משינוי גנטי שונה לחלוטין.
תכונה זו היא אפוא דוגמא לתכונה שנקבעה על ידי יותר מגן אחד, ודוגמא להתפתחות מקבילה המתרחשת ביותר מאמצעי אחד.
מחקר שני שפורסם זה עתה בפגישה מדעית, מסתכל על מה שנראה כשאלה אחרת לגמרי בנושא האבולוציה של ה- Stickleback. מרבית הסטיקרים מהווים בתי ספר, המהווה התאמה נפוצה בקרב דגים, בעקבות העיקרון שיש בטיחות במספרים. אך ישנה אוכלוסייה אחת של גושי מים מתוקים שאינם מהווים בתי ספר. כיסורי הגב של אגם פקסטון, בקולומביה הבריטית, קנדה שוחים לבד רוב הזמן. במקום להקים בתי ספר, הם מסתתרים בצמחייה עבותה בקרקעית אגם פקסטון.
צוות המחקר בראשות אנה גרינווד ממרכז המחקר לחקר סרטן פרד האצ'ינסון בסיאטל, תכנן מכונה לבדיקה ומדידת התנהגות לימודית בגיבוי. זה מורכב מקבץ דגים דמוי ניידים שנעים יחד כבית ספר רובוטי במעגל סביב אקווריום גדול. כאשר דגים מאוכלוסיית לימודים של גושים היו מכניסים למים עם המכונה הזו, הם הצטרפו לדגים המזויפים ושחו איתם. כאשר דגים מהאוכלוסייה שאינה לומדת הוכנסו למים עם המכונה הזו, הם לא למדו. שתי אוכלוסיות אלה קשורות כל כך מקרוב שהן יכולות להתרבות. החוקרים בדקו את הצאצאים של הדגים בלימודים ולא את לימודיהם כדי לראות איזו התנהגות כל דג יציג. כצפוי, חלקם למדו, וחלקם לא עשו זאת. לאחר מיון הדגים ההיברידיים, נבדקו הגנים שלהם כדי לראות אם יש חתימה מסוימת שהלכה עם לימודים מול שחייה בודדה.
מתברר כי הגן שנראה כי הוא שולט בהתנהגות הלימודית בדגים אלה הוא לא אחר מאשר אדה, אותו גן השולט במספר הצלחות הגרמיות.
אז הסטרסקים לא רק נותנים לנו דוגמה נהדרת לאופן בו יכולה להתפתח אבולוציה מקבילה, אלא גם דוגמה נהדרת לגן שמשפיע על יותר מתכונה אחת. אבל איך זה עובד? הדגים שאינם מפתחים צלחות גרמיות גם אינם מפתחים קו לרוחב המתפקד במלואו. קו לרוחב הוא איבר תחושה שיש לדגים רבים המאפשר לדגים לזהות תנועה במקום אחר במים. ישנם דגים טורפים המשתמשים בקו הרוחבי כדי למצוא את טרפם, דגים אחרים משתמשים בקו הרוחבי כדי לאתר טורפים וכך נמנעים מלהפוך לטרף, ודגי לימוד משתמשים בקו הרוחבי כדי לעקוב אחר הדגים האחרים בבית הספר. ככל הנראה, הגושים עם הקווים הצדדיים המפותחים בצורה לא טובה אינם יכולים ללמוד משום שהם אינם יכולים לחוש כראוי את הדגים האחרים איתם הם היו צריכים לתאם את תנועותיהם.
מקורות:
קולוסימו, פמלה פ., קים א. הוסמן, סריטה בלבהדרה, גוואדלופה וילריאל, ג'וניור, מארק דיקסון, ג'יין גרימווד, ג'רמי שמוץ, ריצ'רד מ 'מאיירס, דולף שלוסר ודוד מ. קינגסלי. 2005. התפתחות מקבילה נרחבת ב- Sticklebacks על ידי קיבוע חוזר של מדע Ectodysplasin Allel 25 במרץ 2005: 307 (5717), 1928-1933.
פניסי, אליזבת. 2012. רובוטי דגים מצביעים על גן בית הספר. חדשות וניתוח. מדע 335 (6066): 276-277. DOI: 10.1126 / science.335.6066.276-b
