Παρασκευή, 7 Νοεμβρίου 2014

Πώς δύο σαύρες επαληθεύουν το Δαρβίνο. Debunking Darwin: scientists witness quick, visible physical evolution in tree lizards

Η αναγκαστική συμβίωση τους οδήγησε σε αναπρογραμματισμό των γονιδίων τους. If the biology of Anolis lizards is a puzzle, then a new paper by Yoel Stuart, Todd Campbell and colleagues is a crucial piece. It’s a puzzle piece that not only contains a wealth of information when held up on its own, but also brings clarity to a broader picture of anole biology when fitted into place. Green anole lizard, otherwise known as anolis carolinensis (Photo: PiccoloNamek/Wikimedia)

Δύο μικρές… αγχωμένες σαύρες που «ευδοκιμούν» στις νοτιοδυτικές ΗΠΑ, κατάφεραν να αποτελέσουν ένα απτό παράδειγμα της θεωρίας της εξέλιξης των ειδών, η οποία, αν και πλέον είναι ευρέως αποδεκτή, σπανίως μπορεί να αποδειχτεί.

Η ιδέα

Invasive brown anole male, perched and extending a flap of skin called the dewlap. It uses the dewlap to communicate during territorial and mating interactions. Photo: Dr. Todd Campbell

Έχοντας ως αφετηρία την αρχή ότι όταν οι συνθήκες δυσκολεύουν η διαδικασία της φυσικής επιλογής επιταχύνεται, μια ομάδα αμερικανών επιστημόνων, συνέλαβε την ιδέα ενός μακροχρόνιου πειράματος που θα εξελισσόταν στη φύση. Ο στόχος ήταν να αποδείξει ότι, ο ανταγωνισμός μεταξύ δύο συναφών ειδών στο φυσικό τους περιβάλλον, θα οδηγούσε, μοιραία και με, ταχύτερους ρυθμούς, σε βελτιωμένα είδη.

Native green anole male, perched and dewlapping. Photo: Ambika Kamath

Εν ολίγοις, ήθελαν να αποδείξουν ότι κάποιο από τα δύο ανταγωνιστικά είδη θα ανέπτυσσε νέα φυσικά χαρακτηριστικά τα οποία θα του εξασφάλιζαν καλύτερη προσαρμογή στο περιβάλλον και ένα πλεονέκτημα επιβίωσης που, με τη σειρά του, θα το διευκόλυνε να αναπαραχθεί με ταχύτερους ρυθμούς από τον αντίπαλο.  Ως ιδανικοί πρωταγωνιστές για το πείραμα ήταν δύο σαύρες του ίδιου είδους οι οποίες, μέχρι την άφιξη των επιστημόνων, ζούσαν μακριά… και αγαπημένα.

Οι δύο πρωταγωνιστές

Την επόμενη φορά που θα αγχωθείτε απέναντι σε κάποιο ανταγωνιστή, σκεφτείτε ότι οι μακρινοί απόγονοί σας, ενδεχομένως θα αποκτήσουν περισσότερες ικανότητες... λένε οι μικρές πρωταγωνίστριες του επιστημονικού πειράματος για τη φυσική επιλογή. A. carolinensis perched below A. sagrei on the University of Florida campus in Gainesville.

Η πρώτη πρωταγωνίστρια σαύρα, χρώματος πράσινου και με την επιστημονική ονομασία Anolis carolinensis ήταν η πρώτη κάτοικος του συμπλέγματος νησιών στα ανοιχτά της Φλόριδα όπου και πραγματοποιήθηκε το πείραμα. Η αντίπαλός της, η χρώματος καφέ Anolis Sagrei, αν και αρχικά ζούσε αποκλειστικά στην Κούβα, είχε, μέσα σε μια τριανταριά χρόνια, κατακτήσει όλες τις νοτιοδυτικές ΗΠΑ, χωρίς όμως να καταφέρει να φτάσει και στο σύμπλεγμα νησιών όπου βασίλευαν μόνες και ανενόχλητες οι πράσινες σαύρες -τουλάχιστον μέχρι την έναρξη του πειράματος τον Μάιο του 1995.

Anolis carolinensis on small spoil-islands in Florida are the subject of Stuart et al. (2014)

Σε ό,τι αφορά τα χαρακτηριστικά των δύο αντιπάλων, αμφότερες οι σαύρες είχαν μήκος περίπου 20 εκατοστών μαζί με την ουρά και το ίδιο… μενού, τρεφόμενες κυρίως με μικρά έντομα και αράχνες, ενώ και οι δύο διακρίνονταν από τις αναρριχητικές τους ικανότητες αν και η καφέ έτρεφε μια σαφή προτίμηση προς το έδαφος. 

50-year-old, man-made, dredge spoil islands in Mosquito Lagoon, FL. Note the houseboat in the foreground of the image for scale. The islands are about a football field in size. Todd Campbell

Αυτό που έκαναν οι επιστήμονες το 1995 ήταν να επιλέξουν αρχικά έξι νησάκια όπου ζούσε η πράσινη σαύρα και να μελετήσουν τη συμπεριφορά της ως προς όλες τις παραμέτρους της. Στη συνέχεια, σε τρία από τα έξι νησιά –ένα μικρό, ένα μεσαίο και ένα μεγάλο- εισήγαγαν ορισμένους εκπροσώπους της καφέ σαύρας, συνεχίζοντας να παρατηρούν τη συμπεριφορά και των δύο εκπροσώπων του είδους.

Η αλληλεπίδραση

On the introduction islands (filled shapes), the green anole increased its perch height within months. Stuart et al. 2014. Science 346, 463-466

Μέχρι τον Αύγουστο του 1998, στα τρία νησιά όπου οι πράσινες σαύρες συνυπήρχαν με τις καφέ, παρατηρήθηκε ότι οι πρώτες σκαρφάλωναν προοδευτικά ολοένα και ψηλότερα στα δέντρα προκειμένου να ξεφύγουν από τον «εισβολέα». Σε εκείνα τα νησιά, πάλι, όπου δεν είχαν εισβάλλει οι καφέ σαύρες, οι πράσινες δεν είχαν αλλάξει στο ελάχιστο τις συνήθειες τους ως προς την αναρρίχηση.

Οι επιστήμονες άφησαν τότε πράσινες και καφέ σαύρες στην ησυχία τους για μια καμιά δεκαπενταριά χρόνια. Όταν το 2010 επανήλθαν στα νησιά διαπίστωσαν ότι, ελάχιστοι χώροι δεν είχαν εποικισθεί από τις καφέ σαύρες, ενώ η χρόνια συνύπαρξη είχε μεταμορφώσει τις πράσινες σαύρες σε πρωταθλητές της αναρρίχησης.

Το ακόμα εντυπωσιακότερο στοιχείο ήταν ότι, στο παραπάνω διάστημα το οποίο αντιστοιχεί σε είκοσι γενιές σαύρες, οι πράσινες, είχαν εμφανίσει αλλαγές στην μορφολογία των ποδιών τους.  Για την ακρίβεια, τα διαστήματα μεταξύ των «δαχτύλων» τους είχαν αυξηθεί ενώ, τα μικροσκοπικά τριχίδια που, καλύπτουν μέρη του σώματός και τους επιτρέπουν να παραμένουν γαντζωμένες, είχαν επίσης αυξήσει το μήκος τους, αλλά και την ανθεκτικότητά τους.

Οι αλλαγές

Right foot of a green anole male. Note the expanded scales on the ends of the toes. These have special hairs on them that allow anoles to cling to surfaces using van der Waals forces. Yoel Stuart

Η επιστημονική εξήγηση είναι σχετικά απλή όσο και εντυπωσιακή: «Έχουν υπάρξει πολλά αντίστοιχα παραδείγματα στο παρελθόν, όπως με τους σπίνους του Δαρβίνου στα νησιά Γκαλαπάγκος, τις σαύρες στην Καραϊβική και το είδος Sorex araneus, μικρά σαρκοβόρα θηλαστικά που απαντώνται στη Βρετάνη. Σήμερα, ωστόσο, μπορούμε και καταλαβαίνουμε λίγο καλύτερα πώς είναι δυνατόν αυτές οι αλλαγές να γίνονται τόσο γρήγορα: σε συνθήκες στρες, με την ευρύτερη έννοια του όρου, ένας οργανισμός τροποποιεί ουσιαστικά την ανάγνωση των γονιδίων του, αναπτύσσοντας δυνατότητες που ως τότε παρέμεναν λανθάνουσες», όπως σημειώνει ο Ερβέ Γκιγιαντέρ, επικεφαλής του τμήματος βιολογίας στο Παν/μιο Pierre et Marie Curie.

Για την ιστορία, όπως αναφέρει, οποιαδήποτε άλλη υπόθεση των επιστημόνων η οποία θα μπορούσε να εξηγήσει το πώς οι πράσινες σαύρες μετατράπηκαν σε πρωταθλητές αναρρίχησης, απορρίφθηκε, προς όφελος της εξελικτικής αλλαγής στα γονίδιά τους η οποία, άλλωστε είναι και η μόνη εξήγηση για τις  αλλαγές στην μορφολογία των άκρων τους.