Альбертсон изучал африканскую рыбу цихлиды в течение 20 лет как образцовая система для исследования, как биоразнообразие происходит и сохраняется с вниманием на генетические вклады в различия в разновидностях. В новом ряде экспериментов с бывшим аспирантом Иньань Ху, теперь постдокторантом в Бостонском колледже, они исследовали «энергичное зияющее» поведение у личиночной рыбы, которая немедленно начинает после хрящевых форм нижней челюсти и прежде чем начинается смещение кости. Результаты появляются в токе рано проблема онлайн Слушаний Королевского общества B.Как Альбертсон объясняет, «Мы предсказали, что малек осуществляет их мышцы челюсти, которые должны наложить силы на кости, которые они прилагают к, силы, которые могли бы стимулировать формирование кости».
Альбертсон и Ху заметили, что зияющая частота, которая могла достигнуть целых 200 в минуту, различную разновидностями «способом, который предвещает различия в смещении кости вокруг процессов, очень важных для действия открытия челюсти».Альбертсон, эволюционный генетик, говорит, «Больше ста лет, нам преподавали, что способность системы развиться зависит в основном от объема наследственной изменчивости, которая существует для черты. То, что проигнорировано, или не известное большинством черт, то, что меньше чем 50 процентов наследственной изменчивости могут, как правило, составляться генетикой».
Он добавляет, «Изменение в форме черепа очень наследственно, итак, почему мы можем только найти генетическую изменчивость, которая составляет такое небольшое количество изменчивости в развитии кости? В моей лаборатории мы перешли от разработки наших генетических моделей к рассмотрению более тесно взаимодействия между генетикой и окружающей средой».
То, как окружающая среда влияет на развитие, известно как эпигенетика в его оригинальном и самом широком значении, указывает Альбертсон. Выдуманный в 1940-х, чтобы означать что-либо не закодированное в последовательности нуклеотида, это сузилось, чтобы относиться к тому, как 3D структура Молекулы ДНК изменена, отмечает он. «То значение верно, но это не единственное. Мы возвращаемся к оригинальному определению».В этом смысле изумление – часть «очень динамической окружающей среды развития», отмечает Альбертсон. «Кости не формируются в статических глыбах ткани.
Скорее они развиваются как часть, и возможно в ответ на, очень сложная и динамическая система». То, что разновидности отличаются по зияющему уровню, принудило исследователей проверять идею, что различия в развитии кости могли составляться изменением в этом поведении. «Мы выполнили эксперименты, чтобы видеть, могли ли бы мы замедлить уровень в быстро зияющих разновидностях и ускорить его в медленно зияющих разновидностях, и видеть, могла ли бы эта поведенческая манипуляция влиять на развитие кости предсказуемыми способами».
Мало того, что эти эксперименты работали, но и величина различия в скелетной морфологии, вызванной этими простыми изменениями в поведении, была подобна предсказанным, чтобы быть вызванной наследственными факторами. Альбертсон говорит, «То, что я считаю действительно захватывающими, – то, что через 15 лет управления генетикой черепно-лицевого развития кости мы можем объяснить до 20 процентов изменчивости, таким образом, это скромно.
Когда мы управляем зияющим поведением, мы можем влиять на изменчивость развития приблизительно на 15 процентов, которая сопоставима, почти равняйтесь генетическому ответу».Генетик добавляет, «Когда я делаю доклады, это – то, что удивляет коллег больше всего, что воздействие на окружающую среду на одном уровне с генетическим последствием, и что это не системное, но очень характерное для важных костей, вовлеченных в кормление рыбы».Олберстон говорит, что это поведение имеет смысл, потому что «Природа – все об эффективности. Точная настройка адаптивного ответа на конкретную нишу увеличивает возможности выживания.
Иногда более длинные кости лучше, и один способ добраться там состоит в том, чтобы запустить кость программа развития. Это зияющее поведение предшествует формированию кости, таким образом, это может представлять способ увеличить эффективность, устанавливая животное на траектории к адаптивному фенотипу ранее».Он добавляет, «Это – только начало.
Наша область укреплялась в сосредоточенном на гене представлении об эволюции в течение почти века. Моя надежда состоит в том, что это исследование добавляет к растущему телу литературы, что шоу там – другие важные источники изменения.
Я надеюсь, что мы можем расширить парадигму, чтобы рассмотреть экологический контекст, где развитие происходит, потому что эффекты, вероятно, больше и более широко распространены, чем мы предсказали бы».Следующий шаг для его лаборатории должен будет выяснить, как экологические стимулы влияют на развитие, объясняет Альбертсон. «Мы теперь должны понять, как смысл костных клеток и отвечает на их механическую среду. Каковы молекулы, которые позволяют это mechano-ощущение?»
С этой целью исследователи продемонстрировали, что вызванные изменения механического груза в скелетном развитии связаны с различиями в выражении ptch1 гена, вовлеченного ранее в посредничество скелетных shap различий между разновидностями. «То, что та же самая молекула вовлечена в mechano-ощущение в разновидностях, и генетическое расхождение между разновидностями очень прохладно, поскольку это согласовывается с эволюционной теорией», говорит Альбертсон.Идея состоит в том, что, когда популяция животных подвергнута новой окружающей среде, определенные молекулы позволят им ответить, приспосабливая их телам, чтобы справиться с новыми проблемами.
Если новая окружающая среда стабильна, естественный отбор должен одобрить генетические мутации в этих молекулах, которые фиксируют оригинальный, переходный ответ. Эта теория устанавливает структуру для начальных шагов в расхождении разновидностей. «Мы думаем, что у нас теперь есть молекулярная точка опоры в этот процесс», объясняет Альбертсон. «Это захватывающие времена».