Charles Darwins mange observasjoner av planter og dyr i den ville naturen, men også av tamme husdyr og nyttevekster, inspirerte hans berømte teori om naturlig utvalg og evolusjon.
Darwin uformet en altomfattende teori om genetikk og evolusjon som han kalte Pangensis. Men han manglet et omfattende datagrunnlag på cellenivå for å analysere arvematerialets betydning i evolusjonen.
Hvor mange avkom til neste generasjon?
Charles Darwin og andre naturforskere for 150 år siden måtte stole på datidens verktøy. Darwin kunne ikke, naturlig nok, besvare spørsmålet om hvor omfattende et genmateriale i en populasjon må være for at arten skal overleve.
– Det genetiske mangfoldet av en populasjon er avhengig av antall individer som bidrar med avkom til neste generasjon. Det antallet kaller vi den effektive størrelsen av en populasjon, sier professor Joost Raeymaekers ved Fakultet for biovitenskap og akvakultur på Nord universitet.
I dag brukes kraftige datamaskiner og moderne dataprogramvare i stor skala for å finne ut hva cellene består av og hvordan de fungerer.
Vannloppen Daphnia Magna er et krepsdyr som lever i ferskvann. Ved å kartlegge genene til loppahar Raeymaekers og forskere ved universiteter i Belgia, Sveits, USA, Tyskland og Storbritannia funnet ut hvor mange individer som trengs for å opprettholde det genetiske mangfoldet hos arten - altså den effektive størrelsen.
I studien, som nylig ble publisert i det vitenskapelige tidsskriftet Nature Communications, viser forskerne at selv fem individer av denne vannloppearten er nok for å opprettholde en genetisk beredskap som gjør at hele populasjoner av en art overlever.
Om Charles Darwin
Charles Darwin (1809–1882) var en britisk naturvitenskapsmann og anses som grunnleggeren av moderne evolusjonsbiologi. I sin bok Artenes opprinnelse framla Darwin sin verdensberømte hypotese om at alt liv på jorda er i slekt og har utviklet seg over mange millioner år. I samme bok foreslo Darwin også at naturlig utvalg var mekanismen bak evolusjonære endringer.
Forskergruppen hentet opp uklekkede egg fra vannloppa i tre historiske lag av sedimenter i en grunn fiskedam i Oud-Heverlee i Belgia.
Eggene ble klekket i et laboratorium og arvematerialet ble kartlagt og sammenlignet med tre ulike perioder: I 1970–1972 hvor det ikke var fisk i dammen, i 1976–1979 hvor det var mye fisk og i 1988–1990 hvor det var en avtagende mengde fisk.
Arvematerialet fra 36 individer fra de tre sedimentene ble kartlagt, 12 fra hvert lag.
Hensikten var å se om det var samsvar mellom endringer i antall fisk i dammen og endringer i arvematerialet hos vannloppa.
Det ble i tillegg sammenlignet med arvematerialet hos denne vannloppearten fra tolv andre dammer i regionen, hvor seks dammer hadde fisk, og seks dammer var uten.
Endringer i mengden av fisk i omgivelsene fikk store konsekvenser for arvematerialet hos vannloppen.
Forskerne hentet opp uklekkede egg fra vannloppa fra en grunn fiskedam i Oud-Heverlee i Belgia.(Foto: Per Jarl Elle)
– Få individer tar vare på genetisk mangfold
Forskerne fant endringer i 500 gener blant individene av krepsdyrarten fra de tre sedimentene.
Professor Joost Raeymaekers forteller at fisk er viktige rovdyr i vann og lett kan redusere antallet individer i en populasjon av vannlopper.
Annonse
– Men et høyt genetisk mangfold beskyttet vannloppen mot utryddelse, sier han.
– Genetisk beredskap er det genetiske mangfoldet som fins på et gitt tidspunkt i populasjonen. Den genetiske variasjonen i populasjonen representerer hva vi kaller det evolusjonære potensialet. Det vil si evnen til å utvikle eller å forsvare seg, rent genetisk, uten påvirkning fra andre individer utenfra eller en evolusjon gjennom genmutasjoner, sier professoren.
Resultatene i denne studien viser at selv noen få individer av vannlopper kan ivareta dette genetiske mangfoldet for å sikre hele populasjonen.
– Innsikten disse studiene av vannloppearter gir oss, er svært relevant for vår forståelse av hvordan evolusjonen omformer økologiske reaksjoner som følge av globale endringer.
– Den genetiske utviklingen fra forfedre til etterkommere avhenger av styrken til naturlig utvalg slik vannlopper erfarer når det er mange fisker som spiser dem.
Store effektive størrelser i populasjonen av virvelløse dyr forårsaker en høyere beredskap av genetisk variasjon, sier han.
Virvelløse dyr er en fellesbetegnelse for dyr uten ryggrad som insekter, krepsdyr, meitemark, koralldyr, snegler og skjell.
Effektive størrelser av populasjoner vinner
– Men hvor stort genmateriale trengs for å redde arten når den er truet?
– Det behøver ikke være så omfattende. Men generelt sett har virveldyr som pattedyr og fugler sannsynligvis liten effektiv størrelse av populasjonen og derved en begrenset beredskap av genetisk variasjon, sier Raeymakers.
Arter med et begrenset genetisk mangfold er mer utsatt.
– Et nettverk av store populasjoner som er koblet godt sammen i et landskap, bidrar til at nye populasjoner er tilstrekkelig genetisk mangfoldige til å håndtere nye miljøutfordringer. Hvis man skal bevare populasjoner av større virveldyr med lavere genetisk beredskap, trengs det et landskapsperspektiv, sier professor Joost Raeymaekers og utdyper:
Annonse
– Dette betyr at vi må bevare og beskytte landskapselementene som letter migrering og genetisk utveksling mellom populasjoner. For eksempel bruker dyr ofte korridorer for å migrere mellom regioner. Det betyr også at vi må unngå ødeleggelse av leveområder, da dette vil føre til mindre og mer isolerte bestander. Dette er spesielt tilfelle for organismer med lav spredningskapasitet, sier han.
