Genvarianterna ofta äldre än arterna hos darwinfinkarna

Forskare från bland annat Uppsala universitet har i en ny studie i Science Advances identifierat 28 genregioner som varit särskilt viktiga för den snabba evolutionen av Galápagos darwinfinkar. De här genvarianterna består inte av en rad nya mutationer utan har utvecklats under hundratusentals år. Flera av dessa är centrala för variation i näbbens form och storlek.

Darwinfinkarna är en grupp fåglar som under en relativt kort tidsrymd utvecklats till 18 olika arter som skiljer sig åt till utseende och ekologisk anpassning, från små insektsätare som liknar våra sångare till fåglar som påminner om vår stenknäck. Detta har skett sedan en ursprungsart anlände till Galápagos för 1–2 miljoner år sedan. En viktig fråga inom evolutionsbiologin är hur en så snabb artbildning kan gå till.

Darwinfinkarna har utvecklats i en relativt ostörd miljö: arkipelagen ligger cirka 150 mil väster om Sydamerika och fast befolkning har bara funnits de senaste hundra åren. Ingen darwinfinksart har dött ut på grund av mänsklig aktivitet, vilket är fallet för många andra arter runt om i världen. En avgörande process under dessa arters evolution är att näbbens form förändrats, vilket gjort det möjligt för olika arter att utnyttja olika födoresurser: fröer av olika storlekar, insekter, pollen, nektar från opuntiakaktusen och till och med blod från andra djurarter.

– Under vårt fältarbete på den lilla ön Daphne major har vi funnit tydliga bevis för att variation i näbbens form och storlek påverkat födosökandet och överlevnad hos darwinfinkar, berättar Peter och Rosemary Grant vid Princeton University och som bedrev fältarbete på Galápagos varje år under 40 års tid.

Det nya kapitlet i utforskningen av darwinfinkarnas biologi startade med en forskningsresa till Galápagos med syfte att samla in blodprov samt att genomföra en detaljerad kartläggning av dessa fåglars arvsmassa.

– Vi genomförde själva sekvenseringen av finkarnas dna i ett litet forskningslabb på ön San Cristobal. Den kartläggning vi nu gjort är ett viktigt redskap för framtida studier av denna intressanta grupp av fåglar, förklarar Carl-Johan Rubin, forskare vid Uppsala Universitet och försteförfattare på artikeln.

Forskarna gjorde en noggrann jämförelse av arvsmassan från mindre darwintangara (Geospiza fuligonosa), mellandarwintangara (Geospiza fortis) och större darwintangara (Geospiza magnirostis). Det tre arterna är lika varandra men skiljer sig tydligt åt avseende storlek. I synnerhet näbbens storlek varierar mellan fåglarna vilket gör att de är bra på att livnära sig på olika sorters fröer.

– Vi upptäckte 28 olika genregioner som visade tydliga skillnader mellan dessa tre arter. Till vår förvåning fann vi att dessa genvarianter inte bara var viktiga hos dessa tre arter, men även hos andra arter av darwinfinkar som till exempel mindre trädtangara (Camarhynchus parvulus), mellanträdtangara (Camarhynchus pauper) och större trädtangara (Camarhynchus psittacula). Detta indikerar att dessa genvarianter uppstod via mutationer hos anfäder/anmödrar till de darwinfinkar vi studerat nu. Det vill säga genvarianterna är äldre än vissa arter. Vi kunde också visa att många av de gener vi fann har en viktig funktion under den tidiga utvecklingen och i synnerhet för näbbens utveckling, vilket stämmer väl överens med det faktum att variation i näbbens utformning varit av avgörande betydelse under darwinfinkarnas evolution, förklarar Carl-Johan Rubin.

Förlust av biologisk mångfald är en av de stora utmaningar världen står inför. Den pågående förlusten av olika arter brukar kallas jordens sjätte massutdöende och är huvudsakligen orsakad av mänsklig påverkan på naturen, bland annat genom drastisk minskning av orörd natur.

– Vår studie visar att situationen är ännu mer alarmerande än vad den allmänna debatten indikerar eftersom vår viktigaste slutsats är att darwinfinkarnas snabba evolution och anpassning till sin miljö var beroende av genetisk variation som utvecklats under hundratusentals år. Om vi vill bevara biologisk mångfald för kommande generationer så är det lika viktigt att värna stora populationer av vanliga arter som det är att rädda ovanliga arter från utrotning, eftersom det är de vanliga arterna som har bäst förutsättningar att anpassa sig till framtida miljö- och klimatförändringar tack vare den genetiska mångfald de bär på, förklarar Leif Andersson vid Uppsala Universitet och som var ansvarig för studien.

För mer information kontakta:

Leif Andersson, professor i funktionsgenomik vid institutionen för medicinsk biokemi och mikrobiologi vid Uppsala universitet: mobil: 070 425 0233, e-post: leif.andersson@imbim.uu.se

Carl-Johan Rubin, forskare vid institutionen för medicinsk biokemi och mikrobiologi: mobil: 076-164 0585, e-post carl-johan.rubin@imbim.uu.se

Referens: Rubin, et al. (2022) Rapid adaptive radiation of Darwin’s finches depends on ancestral genetic modules, Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.abm5982