Blind Hulefisk: Evolusjonsikonet, eller et eksempel på forhåndsprogrammert tilpasning?
Av Emily Reeves, 11. juli 2024. Oversatt herfra

Den blinde hulefisken, Astyanax mexicanus, blir ofte sitert som et lærebokeksempel på darwinsk evolusjon. Den dramatiske transformasjonen fra en pigmentert overflatefisk med øyne til en ikke-pigmentert huleoppholder uten øyne, blir presentert som sterke bevis for ikke-styrt evolusjon. Men forskere med et annet perspektiv har begynt å studere denne fisken for å se om spådommene til darwinsisk teori faktisk stemmer. La oss se på noe nyere forskning.
Standard Darwinistisk teori fremsetter følgende påstander:
*Tilfeldige mutasjoner endret fiskenes pigmentering.
*Tilfeldige mutasjoner deaktiverte fiskenes øyne.
*Disse endringene skjedde over lang tid.
*Fisk uten øyne og pigment hadde en reproduktiv fordel i hulemiljøet.

Bilde 1. Hulefisken Astyanax-mexicanus

Kontinuerlig miljøsporing
Imidlertid er det en annen modell som kan forklare transformasjonene til hulefisken. Denne modellen kalles Kontinuerlig Omgivelses Sporing (KOS), og den er designbasert. Modellen forutsetter at organismer aktivt sporer forhold i spesifikke miljøer og selvjustering, basert på forhåndsdesignede tilpasningsbaner. I likhet med menneskelige konstruerte smidige systemer, kan organismer gjøre interne endringer innen et område som svar på eksterne endringer. Denne modellen utgjør:
*Genetiske endringer er styrte og repeterbare, ikke tilfeldige.
*Tilpasning kan være basert på endringer i epigenetisk eller genuttrykk.
*Tilpasning er rask siden den er programmert og ikke avhengig av akkumulering av tilfeldige endringer.
*Det eksisterer en sensorisk mekanisme for å bestemme når fisken skal gjennomgå disse endringene.

I følge KOS forventes adaptive utfall å være sterkt regulert, raske, repeterbare og i noen tilfeller reversible. Tilpasninger forventes å omfatte et spekter som spenner fra fysiologiske forandringer som skjer med et individ i løpet av et enkelt individs levetid til generasjonsendringer, som skjer saktere over flere generasjoner. Denne modellen ser på miljøendringer som utløser for organismell sansing, snarere enn som et selektivt agent.
Lignende tilpasninger for ulike hule-bolig dyr
Organismer som lever i huler kalles troglobitter (forskjellig fra den mer kjente troglodyte, et menneske som bor i en hule). De viser ofte lignende egenskaper som blind hulefisk, inkludert: tap av pigmentering, reduserte eller fraværende øyne, forbedrede ikke-visuelle sanser, tregere metabolisme, spesialiserte reproduksjons-strategier og utvidet levetid. Dette antyder at disse egenskapene er ikke-tilfeldig, målrettet designrespons på hulemiljøet.

Nyere forskning på hulefisk
For det første er hulefiskpopulasjoner nå kjent "for å utvise gjentatt, uavhengig evolusjon for en rekke egenskaper, inkludert øyedegenerasjon, pigmenttap, økt størrelse og antall smaksløker og mekanosensoriske organer, og skift i mange atferdstrekk." (McGaugh et al. 2014) Er disse repeterbare, parallelle endringer en utrolig visning av naturlig seleksjon som virker på tilfeldig mutasjoner på samme måter om og om igjen - dvs. "konvergent evolusjon"? Eller skjer noe annet? Observasjoner av repeterbare endringer i egenskaper i uavhengige populasjoner er mer i samsvar med en modell for forhåndsprogrammert tilpasningsevne, hvorved en designer frontbelaster genetisk variabilitet for forskjellige miljøer på populasjonsnivå.

Bilde 2. Lett å overdrive betydningen av evolusjon

En hypotese er at det eksisterer distribuert informasjon i populasjonen der forskjellige individer representerer forskjellige optimaliseringer for unike miljøer. For en stund tilbake dekket jeg morfologiske endringer i akvariefisken millionfisk (guppies), der mer forskning er gjort enn med hulefisken. For den millionfisk (guppy) -distribuerte informasjonen (dvs. variasjon - men ikke nødvendigvis generert av tilfeldig mutasjon) på populasjonsnivå, ser det ut til å være den foretrukne gjeldende hypotesen. Millionfisk trekk endringer basert på innbakt i genetisk variasjon, som tillater endringer langs visse forhåndsdesignede baner i forskjellige miljøer. Viktig er at nyhetsdannelsen ikke "skjer for øynene våre", så synes jeg ikke at dette beviset er overbevisende for neo-darwinsk teori, som krever at variasjon oppstår på grunn av tilfeldige prosesser.
For det andre viser den seg å utvikle visjon å være en veldig metabolsk kostbar prosess, og utgjør så mye som 15 prosent av den hvilemetabolske hastigheten tidlig i utviklingen. Dermed reduserer tap av det visuelle systemet mengden energi som er nødvendig for utvikling, noe som er viktig i det næringsbegrensede hulemiljøet. (Moran, Softley og Warrant 2015) Dette betyr at det er en målrettet grunn til at hulefisk mister øynene. Tap av syn ser ut til å være en nødvendig avveining gitt den ekstreme næringsmangel i hulemiljøet.
For det tredje ble en individuell ikke-pigmentert, øyeløs hulefisk vist å nesten vende tilbake til en pigmentert tilstand etter eksponering for overflatelignende forhold (daglige sykluser med høy intensitet, fullspektret lys i fem måneder). (Boyle et al. 2023) Dette antyder at fargeendringer sannsynligvis ikke er genetiske, men mer sannsynlig er epigenetisk og kan skje med en voksen fisk over en periode på fem måneder.

Fremtidige forskningsretninger
Det neste trinnet for forskere er å undersøke molekylære mekanismer som ligger til grunn for disse endringene. Noe av dette arbeidet er allerede i gang. Forskere brukte en tilnærming som kalles QTL -kartlegging, der homozygote individer for egenskapen av interesse krysses for å produsere en F1 -generasjon. F1 -generasjonen blir deretter innblandet eller bakover for å skape F2 eller ytterligere generasjoner. Disse generasjonene har en kombinasjon av genetisk materiale fra foreldrene. Den fenotypiske informasjonen fra disse generasjonene er loggført og korrelert med den genotypiske informasjonen. Dette gjør at forskere kan observere hvilke regioner i genomet segregerer med de aktuelle trekkene. Da dette ble gjort for millionfisk (guppy) øyetapp-egenskapen, impliserte QTL -kartlegging 2.408 gener av totalt 23.042 gener. (McGaugh et al. 2014) Ved å bruke noen andre teknikker senket forskerne genlisten sin til 30 gener som er involvert i disse endringene. Men selv ved 30 gener er det vanskelig å forestille seg hvor tilfeldig akkumulering av 30 forskjellige mutasjoner muliggjorde denne fenotypiske endringen i flere uavhengige populasjoner. Når mange koordinerte allelendringer blir observert som nødvendig for utvikling av en fenotype, er disse dataene mer konsistente med bevegelse av en organisme langs en forhåndsdesignet bane for tilpasning som, gitt situasjonen, fisken gir avkall på visse ting, som øyne, for å fungere bedre i det nye miljøet.
-Se også Devolusjon -lenke.

Bilde 3. Naturlig seleksjon har klare grenser -som den ikke kan overstige

Konklusjon
Nyere forskning på blind hulefisk har vist at transformasjonene deres er reproduserbare, og utfordrer ideen om tilfeldig mutasjonsakkumulering. Annen forskning har også avdekket en betydelig funksjonell årsak til øyetap i hulefisk. I tillegg har studier vist at disse transformasjonene kan oppstå mye raskere enn tidligere antatt. For eksempel ble det observert i en enkelt hulefisk å reversere pigmentering innen fem måneder når de ble utsatt for dagslyssykluser. Nyere QTL -kartlegging har identifisert minst 30 gener involvert i øyetap, noe som betyr at transformasjoner involverer flere gener, noe som antyder koordinering.
Mens mye arbeid gjenstår å gjøre, samsvarer den nåværende forskningsbanen mer med en designbasert KOS-modell. En dypere forståelse av disse prosessene vil gi innsikt i om tilpasningene som er observert i blind hulefisk skyldes darwinistisk evolusjon eller forhåndsprogrammerte adaptive responser. De nåværende bevisene er imidlertid svært suggererende.

Referanser til slutt i originalartikkelen -her.

For mer om ikke-tilfeldige endringer her.

Emily Reeves -Bilde 4.

Emily Reeves er en biokjemiker, metabolsk ernæringsfysiolog og aspirerende systembiolog. Hennes doktorgradsstudier ble fullført ved Texas A&M University i biokjemi og biofysikk. Emily er for tiden en aktiv kliniker for metabolsk ernæring og ernæringsmessig genomikk ved Nutriplexity. Hun liker å identifisere og designe ernæringsintervensjon for subtile medfødte metabolismefeil. Hun jobber også med stipendiater fra Discovery Institute og det større vitenskapelige samfunnet for å fremme integrering av ingeniørfag og biologi. Hun tilbringer helgene på oppdagingsferd med mannen sin, brygge Kombucha og løpe i nærheten av Puget Sound.

Musikk til Guds ære: Forever.

Oversettelse, via google oversetter, og bilder ved Asbjørn E. Lund