Duke- Universitybiologen haben ein komplexes Merkmal im Labor entwickelt -- unter Verwendung des Drucks der Auswahl, Windenschwärmer zu verursachen, um das Doppelmerkmal des Drehens zu entwickeln schwarz oder grün abhängig von der Temperatur während ihrer Entwicklung.
Die Biologen haben auch die grundlegende hormonale Vorrichtung demonstriert, die der Entwicklung solcher Doppelmerkmale zugrunde liegt.
Ihre Experimente, sagten sie, wichtiger Einblick des Angebots in, wie die komplexen Merkmale, die viele Gene mit einbeziehen, unerwartet „Blüte“ in der Geschichte eines Organismus einmachen.
Die Forscher -- Professor der Biologie Frederik Nijhout und Student im Aufbaustudium Yuichiro Suzuki -- veröffentlichte ihre Ergebnisse in der Wissenschaft. Ihre Arbeit wurde durch die National Science Foundation finanziert.
Die komplexen Merkmale oder „polyphenisms,“ studierten sie sind Fälle, in denen Tiere mit der gleichen genetischen Ausstattung ziemlich verschiedene Merkmale produzieren können, oder Phänotypen, in den verschiedenen Umgebungen. Zum Beispiel können sich genetisch identische Ameisen zu den Königinnen, Soldaten oder Arbeitskräfte, entsprechend ihrer frühen hormonalen Umgebung entwickeln. Oder, die gleiche Basisrecheneinheit kann sehr unterschiedliche Färbung im Winter oder im Sommer annehmen. Eine Art polyphenism ist auch bei der Arbeit in den Säugetieren wahrscheinlich -- zum Beispiel in der Saisonentwicklung von Geweihen oder von Änderungen in den Gefieder- oder Mantelfarben, sagte Nijhout und Suzuki.
Während Biologen die grundlegende Maschinerie zugrunde liegenden polyphenisms verstanden haben, blieb das Geheimnis, wie solche komplexen Merkmale, die Veränderungen in mehrfache Gene miteinbeziehen, entwickeln und weiter bestehen konnten.
„Es ist gewusst, dass polyphenisms durch Hormone gesteuert werden, wenn das Gehirn Umweltsignale ermittlend und das Muster ändert, von hormonalen Absonderungen,“ sagte Nijhout langes. „Der Reihe nach, drehen diese hormonalen Muster Sets Gene AN/AUS, um verschiedene Merkmale zu produzieren. Jedoch verstanden wir nur die Entwicklungsvorrichtung, und wie es möglich mit einem einzelnen Genom in einem Tier ist, zwei sehr verschiedene Phänotypen zu produzieren,“ er sagte.
„Es hatte die theoretischen Baumuster gegeben, zum der Evolutionsvorrichtung zu erklären -- wie Selektionsdrücke polyphenisms in einer Bevölkerung warten können und warum sie allmählich nicht in ein Formular oder in andere zusammenlaufen,“ sagte Nijhout. „Aber niemand hatte überhaupt mit Spezies begonnen, die kein polyphenism hatten und erzeugt einem nagelneuen polyphenism. Solch Eine Vorführung konnte wichtige Einblicke in die Evolutionsvorrichtung anbieten, die zugrunde liegt solchen Merkmalen.“
In ihren Experimenten wählten Suzuki und Nijhout Spezies des Finger-groß Windenschwärmers, Manduca sexta, das normalerweise nur grüne Larven produziert. Weil in Verbindung stehenden Spezies, Manduca quinquemaculata, die schwarzen oder grünen Larven entwickeln, wenn sie freigelegt werden, um zu senken oder, höhere Temperaturen, die Forscher theoretisierten, dass sie Temperaturschocks verwenden konnten, um ein Ähnliches polyphenism in M.-sexta zu entwickeln.
Suzuki und Nijhout leiteten ihre Experimente auf einem schwarzen Mutantformular von M.-sexta, das wegen der niedrigeren Produktion eines Schlüsselhormons schwarz ist, das jugendliches Hormon genannt wird. Sie unterwarfen die schwarzen Mutantgleiskettenfahrzeuge Wärme während eines kritischen Zeitraums und über den mehrfachen Generationen, die für zwei verschiedene Zeilen von Mutantgleiskettenfahrzeugen ausgewählt wurden. Eine polyphenic Zeile wurde ausgewählt, um erhöhtes Grün auf Wärmebehandlung zu zeigen, und eine monophenic Zeile, die ausgewählt wurde, um darzustellen, verringerte Farbänderung nach Wärmebehandlung.
Nachdem sie zehn Generationen von Gleiskettenfahrzeugen, mit ungefähr 300 Gleiskettenfahrzeugen pro Generation aufgezogen hatten und ausgewählt hatten, fanden die Forscher, dass sie tatsächlich die zwei eindeutigen Spannungen erstellt hatten. Die polyphenic Spannung würde eine grüne Farbe bei den höheren Temperaturen entwickeln und unerwartet ändern würde bei einer Temperatur von ungefähr 28 Grad C. (83 Grade Fahrenheit.) Demgegenüber blieb die monophenic Spannung bei allen Temperaturen schwarz.
Die Forscher konnten diese Spannungen vergleichen, um den Ursprung des polyphenism zu verstehen. Ihre Experimente deckten auf, dass es das Niveau des jugendlichen Hormons in den Gleiskettenfahrzeugen war, die regelten, ob sie Schwarzes oder Grün drehen würden.
Zum Beispiel indem es eine Stelle des jugendlichen Hormons extrahiert von einem grünen Gleiskettenfahrzeug an einem schwarzen Gleiskettenfahrzeug während eines kritischen Zeitraums anwendete, könnte Suzuki eine grüne Stelle auf diesem Gleiskettenfahrzeug produzieren.
Auch durch das Festziehen einer kleinen Schleife um den Kopf eines sich entwickelnden Gleiskettenfahrzeugs, um das jugendliche Hormon zu verhindern -- produziert im Kopf -- vom Fließen zum Rest des Gehäuses der erhitzten polyphenic Endlosschraube, konnte Suzuki das Gleiskettenfahrzeug an Drehengrün verhindern.
Entsprechend Nijhout zeigt die Generation von polyphenism im Gleiskettenfahrzeug ein Evolutionsphänomen, das genannt wird „genetische Beilegung.“ In diesem Prozess ändert eine Veränderung in einer regelnden Bahn wie einer hormonalen Bahn die hormonale Stufe, um sie näher an einem Schwellenwert zu holen, der durch Umweltvariante beeinflußt werden könnte.