I biologi di Duke University hanno evoluto un tratto complesso in laboratorio -- facendo uso della pressione della selezione indurre i hornworms del tabacco per evolvere il tratto doppio di giro nero o verde secondo la temperatura durante il loro sviluppo.
I biologi egualmente hanno dimostrato il meccanismo ormonale di base che è alla base dell'evoluzione di tali tratti doppi.
I Loro esperimenti, hanno detto, visione importante di offerta di come i tratti complessi che comprendono molti geni inscatolano bruscamente “il fiore„ nell'evoluzione di un organismo.
I ricercatori -- Il Professor di Biologia Frederik Nijhout e dottorando Yuichiro Suzuki -- ha pubblicato i loro risultati nella Scienza. Il Loro lavoro è stato costituito un fondo per dal National Science Foundation.
I tratti complessi, o “polyphenisms,„ hanno studiato sono istanze in cui gli animali con lo stesso trucco genetico possono produrre i tratti abbastanza differenti, o fenotipi, negli ambienti differenti. Per esempio, le formiche geneticamente identiche possono svilupparsi nelle regine, soldati, o lavoratori, secondo il loro ambiente ormonale in anticipo. O, la stessa farfalla può ammettere la colorazione molto differente nell'inverno o nell'estate. Un genere di polyphenism è egualmente probabile sul lavoro in mammiferi -- per esempio nello sviluppo stagionale dei corni o dei cambiamenti nei colori del cappotto o delle piume, ha detto Nijhout e Suzuki.
Mentre i biologi hanno capito i polyphenisms di fondo del macchinario di base, il mistero è rimanere come tali tratti complessi, che comprendono le mutazioni in geni multipli, potrebbero evolversi e persistere.
“È lungo conosciuto che i polyphenisms sono gestiti dagli ormoni, con il cervello che percepisce i segnali ambientali e che altera il reticolo delle secrezioni ormonali,„ ha detto Nijhout. “A loro volta, questi reticoli ormonali girano gli insiemi dei geni inserita/disinserita per produrre i tratti differenti. Tuttavia, abbiamo capito soltanto il meccanismo inerente allo sviluppo e come è possibile con un singolo genoma in un animale produrre due fenotipi molto differenti,„ ha detto.
“C'erano stati modelli teorici per spiegare il meccanismo evolutivo -- come le pressioni selettive possono mantenere i polyphenisms in una popolazione e perché non convergono gradualmente in un modulo o in un altro,„ ha detto Nijhout. “Ma nessuno mai aveva iniziato con le specie che non hanno avute un polyphenism ed aveva generato un polyphenism nuovissimo. Una Tal dimostrazione ha potuto offrire le comprensioni importanti nel meccanismo evolutivo che è alla base di tali tratti.„
Nei loro esperimenti, Suzuki e Nijhout hanno scelto le specie di hornworm barretta di taglia del tabacco, sexta di Manduca, che produce normalmente soltanto le larve verdi. Poiché le specie relative, quinquemaculata di Manduca, sviluppa le larve nere o verdi una volta esposte per abbassarsi o le più alte temperature, i ricercatori hanno teorizzato che potrebbero usare le scosse della temperatura per evolvere un simile polyphenism in sexta del M.
Suzuki e Nijhout hanno eseguito i loro esperimenti su un modulo mutante nero del sexta del M., che è nero a causa di produzione più bassa di un ormone chiave chiamato ormone giovanile. Hanno sottoposto i trattori a cingoli mutanti neri al calore durante il periodo critico e sopra le generazioni multiple selezionate per due righe differenti di trattori a cingoli mutanti. Una riga polyphenic è stata selezionata per mostrare il verde aumentato sul trattamento termico ed una riga monophenic selezionata per mostrare ha fatto diminuire il cambiamento di colore sopra il trattamento termico.
Dopo l'elevazione e selezionato delle dieci generazioni di trattori a cingoli, con circa 300 trattori a cingoli per generazione, i ricercatori hanno trovato che, effettivamente, avevano creato i due sforzi distinti. Lo sforzo polyphenic svilupperebbe un colore verde alle più alte temperature, alterantesi bruscamente ad una temperatura di circa 28 gradi di C. (83 gradi di F.) Al contrario, lo sforzo monophenic è rimanere nero a tutte le temperature.
I ricercatori potrebbero confrontare questi sforzi per capire l'origine del polyphenism. I Loro esperimenti hanno rivelato che era il livello di ormone giovanile nei trattori a cingoli che hanno regolamentato se avrebbero girato il nero o il verde.
Per esempio, applicando un punto dell'ormone giovanile estratto da un trattore a cingoli verde ad un trattore a cingoli nero durante il periodo critico, Suzuki ha potuto produrre un punto verde su quel trattore a cingoli.
Inoltre, stringendo un cappio minuscolo intorno alla testa di un trattore a cingoli di sviluppo per impedire l'ormone giovanile -- prodotto nella testa -- dallo scorrimento il resto dell'organismo del verme polyphenic heated, Suzuki ha potuto impedire il trattore a cingoli verde di giro.
Secondo Nijhout, la generazione di polyphenism nel trattore a cingoli dimostra un fenomeno evolutivo chiamato “accomodazione genetica.„ In questo trattamento, una mutazione in una via regolatrice quale una via ormonale cambia il livello ormonale per portarla più vicino ad un livello di soglia che potrebbe essere influenzato tramite la variazione ambientale.