Kako jedna vrsta postaje dve? Ako ste biolog, to je teško pitanje. Konsenzus je da se u većini slučajeva proces specijacije dešava kada pojedinci iz jedne populacije postanu geografski izolovani. Ako ostanu odvojeni dovoljno dugo, gube sposobnost ukrštanja.
Nova studija objavljena u časopisu Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences pokazuje šta se dešava kada se pojavi manje uobičajen oblik specijacije. Umesto da budu odvojeni fizičkom barijerom, kao što je planinski lanac ili okean, članovi vrste mogu da se razdvoje vremenom.
Istraživači su se fokusirali na dve blisko povezane vrste moljaca sa preklapajućim rasponima na jugoistoku Sjedinjenih Država.
„Ova dva su veoma slična“, rekao je glavni autor Jaš Sondi, koji je sproveo istraživanje za studiju dok je radio na Međunarodnom univerzitetu Floride, a kasnije u Prirodnjačkom muzeju Floride. „Diferencirali su se duž ove jedne ose, a to je kada lete.“
Ružičasti javorovi moljci, iz roda Driocampa, izgledaju kao ono što biste dobili da je Roald Dal naslikao nešto iz grozničavog sna. Iznad glave i stomaka nose gustu lavlju grivu, a njihove jarke ljuske su boje jagode i banane. I muški i ženski ružičasti moljci lete isključivo noću.
Ružičasti prugasti moljci iz roda Anisota su manje blistavi, sa suptilnim sortama oker, umber i lapor. Dok su ženke ove vrste aktivne u sumrak i rano uveče, mužjaci više vole da lete tokom dana.
Sondi je iz prethodnih istraživanja znao da su ove dve grupe, Driocampa i Anisota, nastale od jedne vrste pre otprilike 3,8 miliona godina, što je relativno nedavno na evolucionim vremenskim skalama. Postoji nekoliko vrsta u rodu Anisota, koje su sve aktivne tokom dana. Noćni ružičasti javorovi moljci su jedina vrsta u rodu Driocampa.
Sondi se specijalizovao za biologiju vida insekata i video je par moljca kao savršenu priliku da istraži kako se vid razvija kada vrsta promeni svoj obrazac aktivnosti.
Ali stvari nisu išle po planu.
„Ušao sam u potragu za razlikama u vidu boja. Umesto toga, pronašli smo razlike u njihovim genima sata, što gledano ima smisla“, rekao je Sondi.
Geni sata kontrolišu cirkadijalni ritam biljaka i životinja. Protok i oseka proteina koje oni stvaraju uzrokuje da ćelije postanu aktivne ili uspavane u periodu od otprilike 24 sata. Oni utiču na sve, od metabolizma i rasta ćelija do krvnog pritiska i telesne temperature.
Za svaki organizam koji preokrene svoj obrazac aktivnosti, geni sata su gotovo garantovano uključeni. „To je sistem koji je zadržan u svemu, od voćnih mušica do sisara i biljaka. Svi oni imaju neku vrstu mehanizma za merenje vremena“, rekao je on.
Sondi je uporedio transkriptome dva moljca. Za razliku od genoma, koji sadrže celokupnu DNK organizma, transkriptomi sadrže samo podskup genetskog materijala koji se aktivno koristi za pravljenje proteina. To ih čini korisnim za istraživanje razlika u nivoima proteina tokom dana.
Kao što se očekivalo, Sondhi je pronašao niz gena koji su bili izraženi u različitim količinama u dve vrste moljaca. Noćni javorov moljac uložio je više energije u čulo mirisa, dok je noćni moljac hrastovog crva proizvodio više gena povezanih sa vidom.
Međutim, nije bilo razlika u genima koji daju sposobnost da se vide boje. To ne znači nužno da je njihov vid boja identičan, ali ako razlike postoje, one su verovatno na nivou podešavanja i osetljivosti, a ne u strukturi samih gena.
Postojao je dodatni gen koji se isticao. Disconnected, ili disco, izražen je na različitim nivoima tokom dana i noći kod obe vrste. Kod voćnih mušica poznato je da disko indirektno utiče na cirkadijalne ritmove kroz proizvodnju neurona koji prenose enzime sata iz mozga u telo.
Disco gen koji je Sondhi pronašao u svojim uzorcima moljca bio je dvostruko veći od svog kolege voćne mušice, a imao je i dodatne cink prste – aktivne delove gena koji direktno reaguje sa DNK, RNK i proteinima. Činilo se verovatnim da su promene u genu disko bar delimično odgovorne za prelazak na noćno letenje kod ružičastih javorovih moljca.
Kada je uporedio disko gen rumenih javorovih moljca sa onim u hrastovim crvima, otkrio je 23 mutacije koje su svaku razlikovale od druge. Mutacije su takođe bile locirane u aktivnim delovima gena, što znači da verovatno doprinose vidljivim fizičkim razlikama između moljaca. Sondi je posmatrao evoluciju na delu.
„Ako se ovo funkcionalno potvrdi, ovo je zaista konkretan primer mehanizma iza toga kako su se specifikovali na molekularnom nivou, što se retko može naći“, rekao je on.
Studija je takođe važan podsticaj za bolje razumevanje različitih načina na koje se život održava i širi. Kada je genetika prvi put postala polje proučavanja, istraživači su većinu svojih napora usmerili na nekoliko reprezentativnih vrsta, kao što su voćne mušice ili laboratorijski miševi. Ovo je učinjeno prvenstveno radi ekspeditivnosti, ali ograničava koliko znamo o širokim biološkim obrascima. Kao što čovek nije laboratorijski miš, moljac nije voćna mušica.
„Kako vrste nastavljaju da opadaju zbog klimatskih promena i drugih antropogenih promena, moraćemo genetski da konstruišemo veći broj onih koji preostaju da bismo omogućili toleranciju na sušu, na primer, ili da budu aktivni u režimima svetlom zagađenim. Da bismo to uradili dosledno, posedovanje šireg fonda funkcionalno karakterisanih gena u organizmima je ključno. Ne možemo samo da koristimo Drosophilu“, rekao je Sondhi.
