I naturen finner vi ofte en sterk sammenheng mellom kroppsstørrelse og form, og andre egenskaper ved kroppen. 

For eksempel har store dyr relativt sett mindre hjerner enn små dyr. En annen sammenheng er at forbrenningen hos et dyr kan beregnes med en formel med utgangspunkt i kroppsstørrelsen. I biologien kalles dette for allometri.

Slike sammenhenger finner vi både innenfor arter og mellom arter, og sammenhengene er ofte nærmest uforandret over lang tid. Noen ganger er sammenhengene så sterke at de blir regnet som naturlover.

Men kan de sterke sammenhengene mellom størrelse og andre biologiske egenskaper endres med naturlig utvalg, det vil si at egenskaper blir avlet fram ved at organismer får reprodusere seg fritt?

58 046 bananfluer (Drosophila melanogaster) ble brukt i et eksperiment der forskere ved NTNU, Universitetet i Oslo og Florida State University bevisst avlet frem sammenhenger du normalt ikke ser ute i naturen.

– På bare 26 generasjoner klarte vi å lage mer ekstreme sammenhenger hos bananfluene enn over 50 millioner år med evolusjon har klart, sier NINA-forsker og tidligere postdoktor ved Center for Biodiversity Dynamics (CBD) på NTNU, Geir H. Bolstad.

Men det mest overraskende var at da forskerne sluttet med kunstig utvalg av bananfluene, gikk sammenhengene tilbake til utgangspunktet av seg selv på bare 15 generasjoner.

Selv mange generasjoner med kunstig seleksjon ble reversert i løpet av kort tid da den naturlige seleksjonen fikk fritt spillerom. Hvorfor? Det krever en lengre forklaring.

Naturlov: Små vinger er rundest

For fluer er det normalt slik at små vinger er rundere enn store vinger. Denne sammenhengen mellom rundhet og størrelse er veldig konsekvent, og mer enn 50 millioner år med evolusjon har nesten ikke rokket ved den.

Men på bare 26 generasjoner med kunstig seleksjon av bananfluer greide altså forskerne å endre dette.

– Vi klarte å selektere slik at små vinger ble enda rundere i forhold til de store, men også motsatt, slik at de store vingene ble rundere enn de små, forklarer Bolstad.

Å få vingene til simpelthen å endre form eller størrelse ved seleksjon er lett, ifølge Bolstad, som presiserer at det de har gjort er å endre sammenhengen mellom form og størrelse i populasjonen. Altså, proporsjonene mellom ulike trekk endrer seg systematisk på en annerledes måte, som om for eksempel fingrene var lengre på små hender enn på store.

Men da forskerne holdt opp med kunstig seleksjon, kom altså sammenhengen mellom størrelse og rundhet tilbake på bare 15 generasjoner. 

Hos fluer der bare den gjennomsnittlige vingeformen var kraftig endret gjennom kunstig seleksjon, men ikke sammenhengen mellom vingeform og størrelse, ble det ikke observert en slik tilbakegang.

I naturen er vingeform- og størrelse viktig for aerodynamikken, men i laboratoriet skulle ikke dette utgjøre noen vesentlig fordel eller ulempe for fluene siden fluene ikke har behov for å fly i dette miljøet.

• Les også: Hun er ikke interessert i sex – men det tror han

Påvirker negativt

– Grunnen til at sammenhengen mellom størrelse og rundhet gikk tilbake til utgangspunktet er sannsynligvis at vi har selektert på gener som også påvirker andre egenskaper negativt, forklarer Bolstad.

Den naturlige seleksjonen «rettet» derfor opp den kunstige seleksjonen, og det i løpet av få generasjoner, fordi de negative egenskapene ga en ulempe i konkurransen om å føre genene videre. Dette er i tråd med teorier innen biologi om at grunnleggende utviklingsprosesser i en organisme blir knyttet opp mot mange andre egenskaper, slik at de samme genene påvirker en rekke egenskaper.

Allometriske sammenhenger, slik som sammenhengen mellom vingeform og størrelse hos fluene, blir regnet for å være et produkt av slike grunnleggende utviklingsprosesser.

Kunstig seleksjon på slike sammenhenger er derfor forventet å påvirke vitale egenskaper hos organismen negativt.

– Dette kan være en viktig del av forklaringen på hvorfor noen egenskaper og sammenhenger holder seg uforandret gjennom millioner av år med evolusjon, forklarer Bolstad.

Svaret

Så hva blir svaret på den gamle biologigåten? Kan de sterke sammenhengene mellom størrelse og andre biologiske egenskaper endres ved naturlig utvalg?

– I prinsippet ja, men i praksis er det lite trolig på grunn av de skadelige sideeffektene, i alle fall over kortere tidsrom. Over millioner av år med evolusjon er det likevel mulig at naturlig seleksjon kan favorisere mutasjoner som kompenserer for de skadelige effektene og dermed endre sammenhengene permanent, sier Bolstad.

Resultatene fra studien er denne uken publisert i tidsskriftet PNAS og er et samarbeid mellom Center for Biodiversity Dynamics på NTNU, Center for Evolutionary and Ecological Synthesis på Universitetet i Oslo og forskere ved Florida State University.

– Dette prosjektet har vært et fantastisk samarbeid mellom flere forskningsinstitusjoner rundt spørsmålet om prosesser som begrenser evolusjon. Resultatene av studiet gjør at vi skjønner mye mer om evolusjon av allometri, men resultatene har samtidig gitt opphav til nye spørsmål om utvikling og seleksjon, avslutter Christophe Pélabon, prosjektleder ved CBD på NTNU.

Forskerne vil ikke med dette påstå at de har hele svaret på spørsmålet. De studerte bare ett trekk hos én organisme, og må forske mer for å vite hvor generelle disse resultatene er.

Referanse: 

G. Bolstad m.fl: Complex constraints on allometry revealed by artificial selection on the wing of Drosophila melanogaster. PNAS, 14. september 2015. Sammendrag.