Miljöförändringar kan leda till snabb evolution av nya egenskaper

Förändringar i miljön kan skynda på utvecklingen och ändra genetiskt hårdkodade egenskaper hos djur efter bara 15 generationer. Det visar Umeåekologen Tom Cameron tillsammans med en forskargrupp vid universitetet i Leeds i en studie som vänder upp och ner på begreppet att evolution är något som sker gradvis över hundratals eller tusentals år.

Fastän tidigare forskning har antytt att det finns en länk mellan kortsiktiga förändringar i djurarters fysiska egenskaper och evolution, är denna studie den första att bevisa, under kontrollerade förhållanden i en experimentell uppställning, ett orsakssamband mellan snabb genetisk evolution och populationsdynamik hos en djurart.

Forskargruppen arbetade med markkvalster, vilka samlades in från naturen och hölls i 18 glasrör. Fyrtio procent av de vuxna kvalstren avlägsnades varje vecka från sex av populationerna. Motsvarande proportion av juvenila individer avlägsnades varje vecka från sex andra glasrör. Inget konstgjort ”urval” utfördes i den återstående tredjedelen av rören.

Forskarna fann genetiskt överförda förändringar i laboratoriepopulationen efter bara 15 generationer. Det ledde till stora förändringar i populationsstorlekar och det tog dubbelt så lång tid för kvalstren att nå vuxen ålder i de populationer där 40 procent av de vuxna individerna kontinuerligt hade avlägsnats.

– Åldern vid könsmognad hos kvalstren i glasrören hade skjutits fram eftersom konkurrensförhållandet mellan unga och vuxna individer förändrades i jämförelse med hur det skulle ha sett ut i naturen. Att hela tiden ta bort de könsmogna individerna medförde att kvalstren förblev unga längre därför att deras genetik svarade på den stora sannolikheten att de skulle dö så snart som de blivit könsmogna. När de till slut blev könsmogna var de så enormt stora att de kunde lägga alla sina ägg mycket snabbt, säger Tom Cameron, forskare vid Umeå universitet och tidigare postdoktor vid universitetet i Leeds.

De experimentella förändringarna i kvalstrens miljö hade initialt katastrofala effekter och populationerna var på god väg att utrotas. Dock, efter bara fem generationer av evolution skedde en förändring och populationerna började återhämta sig.

I laboratoriemiljön klarade sig kvalster som växte långsamt bäst i ”kampen om tillvaron”. De var mer fertila och fick fler ungar. En investering i äggproduktion på bekostnad av individuell tillväxt ledde till populationstillväxt och räddade populationerna från att dö ut.

– Här ser vi en slags evolutionär räddningsaktion som tyder på att snabb evolution av egenskaper kan hjälpa populationer att reagera på olika typer av förändringar i miljön. Vår studie visar att ekologiska förändringar på kort sikt och evolution är nära sammanknutna och kan inte betraktas separat, säger Tom Cameron.

Att särskilja evolutionära förändringar från ekologisk respons är särskilt viktigt inom exempelvis sjukdoms- och skadedjursbekämpning och fiskeförvaltning eftersom beslut kan få stora konsekvenser för en hel population. Ett exempel är att storleken på torsken i Nordsjön när den är lekmogen är ungefär hälften mot för vad den var för 50 år sedan.

Det har varit en stor debatt huruvida det är en evolutionär respons på det sätt torsken fiskas eller om det till exempel bara är mängden mat i havet som har en ekologisk effekt på kort sikt. Denna förändring har man också kopplat till den kraftiga nedgången i torskbestånden, eftersom dagens småväxta torsk producerar mycket färre yngel än sina större förfäder.

– Vår studie understryker att även mycket små evolutionära förändringar i den underliggande biologin kan ha stora konsekvenser på populationstillväxt och reproduktion. Eftersom populationernas egenskaper redan kan ha förändrats så mycket som en reaktion mot en förändrad miljö, kan man inte bara återställa miljöer till hur det var förut och förvänta sig att allting återgår till det normala, säger professor Benton, medförfattare och forskare vid Leeds universitet.

Artikeln publiceras i tidskriften Ecology Letters.

Originalartikel:
Tom Cameron, Daniel O'Sullivan, Alan Reynolds, Stuart Piertney, Tim Benton: “Eco-evolutionary dynamics in response to selection on life-history”. Ecology Letters 2013. DOI: 10.1111/ele.12107. http://doi.wiley.com/10.1111/ele.12107.

För mer information, kontakta gärna:
Tom Cameron, institutionen för ekologi, miljö och geovetenskap
Telefon: 090-786 57 81, 070-544 8081
E-post: tom.cameron@emg.umu.se

Bild på markkvalster, en hona