Os biólogos de Duke University evoluíram um traço complexo no laboratório -- usando a pressão da selecção induzir hornworms do tabaco para evoluir o traço duplo do giro preto ou verde segundo a temperatura durante sua revelação.
Os biólogos igualmente demonstraram o mecanismo hormonal básico que é a base da evolução de tais traços duplos.
Suas experiências, disseram, introspecção importante da oferta em como os traços complexos que envolvem muitos genes enlatam abruptamente a “flor” na evolução de um organismo.
Os pesquisadores -- Professor da Biologia Frederik Nijhout e aluno diplomado Yuichiro Suzuki -- publicou seus resultados na Ciência. Seu trabalho foi financiado pelo National Science Foundation.
Os traços complexos, ou “polyphenisms,” estudaram são os exemplos em que os animais com a mesma composição genética podem produzir traços bastante diferentes, ou os fenótipos, em ambientes diferentes. Por exemplo, as formigas genetically idênticas podem tornar-se rainhas, soldados, ou trabalhadores, de acordo com seu ambiente hormonal adiantado. Ou, a mesma borboleta pode supr a coloração muito diferente no inverno ou no verão. Um tipo do polyphenism é igualmente provável no trabalho nos mamíferos -- por exemplo na revelação sazonal dos chifres ou das mudanças em cores da plumagem ou do revestimento, disse Nijhout e Suzuki.
Quando os biólogos compreenderem os polyphenisms subjacentes da maquinaria básica, o mistério permaneceu como tais traços complexos, que envolvem mutações em genes múltiplos, poderiam evoluir e persistir.
“É longo sabido que os polyphenisms estão controlados por hormonas, com o cérebro que detecta sinais ambientais e que altera o teste padrão de secreções hormonais,” disse Nijhout. “Por sua vez, estes testes padrões hormonais giram grupos de genes de ligar/desligar para produzir traços diferentes. Contudo, nós compreendemos somente o mecanismo desenvolvente, e como é possível com um único genoma em um animal produzir dois fenótipos muito diferentes,” disse.
“Tinha havido uns modelos teóricos para explicar o mecanismo evolucionário -- como as pressões selectivas podem manter polyphenisms em uma população, e porque não convirgem gradualmente em um formulário ou em outro,” disse Nijhout. “Mas ninguém nunca tinha começado com uma espécie que não tivesse um polyphenism e tinha gerado um novo polyphenism. Tal demonstração podia oferecer introspecções importantes no mecanismo evolucionário que é a base de tais traços.”
Em suas experiências, Suzuki e Nijhout escolheram uma espécie de hornworm dedo-feito sob medida do tabaco, o sexta de Manduca, que produz normalmente somente larvas verdes. Porque uma espécie relacionada, quinquemaculata de Manduca, desenvolve larvas pretas ou verdes quando expor para abaixar ou mais altas temperaturas, pesquisadores teorizados que poderiam usar os choques da temperatura para evoluir um polyphenism similar no sexta do M.
Suzuki e Nijhout conduziram suas experiências em um formulário preto do mutante do sexta do M., que é preto devido a uma mais baixa produção de uma hormona chave chamada hormona juvenil. Sujeitaram as lagartas pretas do mutante ao calor durante um período crítico, e sobre as gerações múltiplas selecionadas para duas linhas diferentes de lagartas do mutante. Uma linha polyphenic foi seleccionada para mostrar o greenness aumentado no tratamento térmico, e uma linha monophenic selecionada para mostrar diminuiu a mudança da cor em cima do tratamento térmico.
Após ter elevado e ter seleccionado dez gerações de lagartas, com as aproximadamente 300 lagartas pela geração, os pesquisadores encontraram que, tinham criado certamente as duas tensões distintas. A tensão polyphenic desenvolveria uma cor verde em umas mais altas temperaturas, alterando-se abruptamente em uma temperatura de aproximadamente 28 graus de C. (83 graus de F.) Ao contrário, a tensão monophenic permaneceu preta em todas as temperaturas.
Os pesquisadores poderiam comparar estas tensões para compreender a origem do polyphenism. Suas experiências revelaram que era o nível de hormona juvenil nas lagartas que regularam se girariam o preto ou o verde.
Por exemplo, aplicando um ponto da hormona juvenil extraído de uma lagarta verde a uma lagarta preta durante um período crítico, Suzuki podia produzir um ponto verde nessa lagarta.
Também, apertando uma soga minúscula em torno da cabeça de uma lagarta tornando-se para impedir a hormona juvenil -- produzido na cabeça -- do fluxo ao resto do corpo do sem-fim polyphenic caloroso, Suzuki podia impedir a lagarta do verde de giro.
De acordo com Nijhout, a geração de polyphenism na lagarta demonstra um fenômeno evolucionário chamado “acomodação genética.” Neste processo, uma mutação em um caminho regulador tal como um caminho hormonal muda o nível hormonal para trazê-lo mais perto de um nível de ponto inicial que poderia ser afectado pela variação ambiental.