Geta lífverur þróast í stökkum vegna stökkbreytinga?

Posted on: 24/03/2020 by Arnar Pálsson

Upprunalega spurningin hljóðaði svona:

Talað er um lífverur sem stökkbreytast með tíð og tíma eftir því hvað stökkbreytingin er hentug hverjum stað fyrir sig. Hvað tekur eiginlega langan tíma fyrir lífverur að stökkbreytast eða þróast, eru það áratugir, hundruðir, þúsundir eða miljón ár?

Stökkbreytingar eru hráefni þróunar lífvera, þær eru frávik sem verða í erfðaefni lífvera en leiða ekki endilega til stökka í útliti þeirra eða eiginleikum. Stökkbreytingar geta breytt ákveðnum stöðum í genum eða jafnvel byggingu eða samsetningu litninga. Þetta er hliðstætt því að sumar villur í bókum eru einfaldar stafsetningarvillur (samanber hestur eða gestur) á meðan aðrar verða þegar kjölurinn rofnar og kaflar fara á flakk. Íslenska orðið stökkbreyting er á vissan hátt misvísandi. Sannarlega hafa sumar stökkbreytingar mikil áhrif á eiginleika lífvera en flestar eru minniháttar. Sterkar breytingar, eins og þær sem breyta sléttri baun í hrukkótta, vængjaðri flugu í vænglausa og augnlit úr brúnum í bláan, voru viðfangsefni Gregors Mendel (1822 –1884), Thomas H. Morgan (1866 –1945) og annarra frumkvöðla erfðafræðinnar. Því var í fyrstu talið að breytingar á erfðaefni hefðu sterk og skýr áhrif[1]. Sú hugmynd var endanlega kveðin í kútinn af bandaríska erfðafræðingnum Martin Kreitman árið 1983. Hann skoðaði fyrstur manna breytileika í röð ákveðins gens (Adh í ávaxtaflugum) og fann margfalt meiri breytileika en búast mátti við út frá eiginleikum ávaxtaflugnanna sem rannsakaðar voru. Rannsókn Kreitmans var gerð möguleg með framförum í sameindaerfðafræði sem nokkrum áratugum síðar leiddu til þess að heilu erfðamengin voru raðgreind.

Thomas H. Morgan rannsakaði frávik í formi ávaxtaflugna. Villigerðar kvenfluga a) og b) karlfluga, og karlfluga arfhrein um galla í vestigial geninu c).

Erfðamengi tegunda eru misstór, einlitna erfðamengi ávaxtaflugu er um það bil 180 milljónir basa, einlitna mengi H. sapiens er 3,2 milljarðar basa, furur eru með mengi upp á 15,9 milljarða basa[2]. Niðurstöður rannsókna hafa sýnt að í erfðamengjum lífvera eru milljónir eða tugmilljónir stökkbreytinga en flestar þeirra hafa næstum engin áhrif á eiginleika lífveranna[3]. Það er staðreynd að enginn einstaklingur af mannkyni er laus við stökkbreytingar, ekki frekar en aðrar lífverur. En geta stökkbreytingar látið lífverur þróast í stökkum? Þróun lífvera verður vegna breytinga á erfðasamsetningu stofna yfir margar kynslóðir, til dæmis þegar þeir lagast að breyttum aðstæðum. Erfðabreytileikinn er forsenda þróunar. En til að nýjar gerðir veljist úr þurfa þær að vera betri en gerðirnar sem eru fyrir (náttúrulegt val). Flestar stökkbreytingar með sterk áhrif á svipfarið eru skaðlegar, þær skerða vöxt, þroska, starfsemi lykillíffæra eða annara kerfa. Erfðafræðingurinn Richard Goldschmitt (1878 – 1958) hafði samt mikla trú á því að breytingar með sterk áhrif gætu hraðað þróun og kallaði slík dýr „hopeful monster“, sem mætti útleggja sem efnilegt skrímsli, eins og við tölum um efnilegt ungmenni á íslensku. Samkvæmt hugmynd hans áttu stökkbreytingar sem bjuggu til slík efnileg skrímsli, til dæmis tilbrigði liðdýrs með fætur sem breyttust í munnparta, að auðvelda róttækar breytingar á formi lífvera. Hann taldi ákaflega ólíklegt að finna liðdýr með hálfan fót og hálfan munnpart því slík lífvera væri örugglega minna hæf en villigerðin. Hún væri verr aðlöguð og myndi því nær örugglega deyja út. Slíkir dalir aðlögunar eru vel þekktir í þróunarfræði (mynd hér fyrir neðan). Tilgáta hans var að efnileg skrímsli gætu gert þróuninni kleift að komast yfir dali aðlögunar og að nýja formið gæti jafnvel verið jafn hæft eða hæfara en foreldra gerðin.

Hópar geta verið vel aðlagaðir umhverfi sínu, til dæmis vegna þess að lífverurnar eru með góða samsetningareiginleika (hæð, stærð, hlaupageta, veiðitennur). Slík tegund er álitin sitja á aðlögunartoppi (A), á meðan tegund með aðra samsetningu eiginleika er kannski á öðrum toppi (B). Hópur með blöndu af eiginleikum tveggja tegunda lendir í dalnum milli aðlögunartoppa og mun farnast illa í lífsbaráttunni (líklega deyja út).

Náttúrulegt val þarf margra kynslóðir til að ný gerð verði allsráðandi. Tegundir eru samsettar af stórum stofnum og nýjar gerðir eru alltaf sjaldgæfar í upphafi sama hversu miklu hæfari sem þær reynast en meðaleinstaklingurinn. Í tilfelli efnilegra skrímsla tæki einhverjar kynslóðir að festa nýjar gerðir í stofninum því liðdýr með nýja munnparta væri hæfara en gerðin án þeirra. Tilgáta Goldschmitts er vissulega heillandi en sá er galli á gjöf Njarðar að rannsóknir á þróun lífvera í náttúrunni hafa ekki fundið dæmi um efnileg skrímsli sem hafi auðveldað þróunina. Þróun á sér sífellt stað, í hverri einustu kynslóð breytist erfðasamsetning og eiginleikar stofna. Hraði þróunar ákveðinna einkenna veltur á nokkrum þáttum. Hversu algengt er afbrigðið í upphafi, sem náttúrulega er valið fyrir? Hversu sterk eru áhrif á hæfni, það er að segja eykur samsætan hæfni um 1% eða 15%? Hversu stöðugur er valþrýstingurinn?[4] Þróun sumra eiginleika og tegunda hefur verið fjarska hröð (10-100 kynslóðir) á meðan aðrar þróast mun hægar eða að því er virðist ekki breytast neitt í 100 milljón ár, til dæmis bláfiskur. Andstætt hugmynd Goldschmitts virðist þróun gerast í litlum skrefum, til dæmis að goggar ákveðinnar finkutegundar minnka um 0,1 mm með hverri kynslóð. Þótt sannarlega séu dæmi um aðlögun tegunda vegna stökkbreytinga sem hafa sterk áhrif flokkast þau ekki sem efnileg skrímsli. Eitt þekktasta dæmið um stökkbreytingu með sterk áhrif er samsæta gensins cortex sem gerir vængi fetans Biston betularia dökka í stað ljósa á litinn. Með iðnvæðingunni í Bretlandi huldust ljósir trjástofnar sóti sem olli því að einstaklingar með dökkleitu samsætuna urðu hæfari en þeir með ljósu samsætuna. Tíðni hennar óx mjög hratt á nokkrum áratugum á þarsíðustu öld, uns dökkleitir fetar urðu allsráðandi. Þótt litabreytileikinn í fetanum sé afgerandi telst hann samt ekki efnilegt skrímsli. Bróðurpartur þeirra dæma sem rannsökuð hafa verið benda til þess að margir erfðaþættir, hver um sig með væg áhrif á hæfni, liggi til grundvallar aðlögunar og þróunar lífvera. Slíkar breytingar taka fjarska langan tíma, þúsundir eða hundruðir þúsunda kynslóða. Það er tími sem við hinir óþolinmóðu menn eigum fjarska erfitt með að skilja.

Hér má sjá bæði dökkt og ljóst afbrigði af fetanum Biston betularia sem er þekktasta dæmið um hraðar þróunarbreytingar. Fyrir iðnvæðingu var ljósa afbrigðið alls ráðandi en sótugir trjástofnar sköpuðu hagstæðari skilyrði fyrir dökka afbrigðið. Minna sót á seinni tímum hefur aftur gefið ljósa afbrigðinu tækifæri.

Samantekt

  • Stökkbreytingar valda ekki endilega stökkum á útliti dýra eða lífvera
  • Aðeins lítill hluti stökkbreytinga hefur áhrif á svipgerð eða hæfni einstaklinga.
  • Þróun telst hröð ef hún tekur innan við 100 kynslóðir. Algengara er að þróun taki þúsundir eða jafnvel milljónir kynslóða
  • Náttúrulegt val vinnur með margrar stökkbreytingar sem hver hefur yfirleitt lítil áhrif á hæfni.

Tilvísanir:

  1. ^ Francis Galton hafði reyndar áttað sig á að hæð einstaklinga var nátengd meðalhæð foreldra þeirra, og aðrir í kjölfarið lögðu grunn að fræðigrein sem fjallar um eiginleika sem eru undir áhrifum umhverfis, tilviljunar og fjölda erfðaþátta, sem hver um sig hefur væg áhrif.
  2. ^ Reyndar eru erfðamengi einstaklinga einnig ólík af stærð, ekki eru allir breiðnefir með jafn mikið erfðaefni. Og eins og glöggir lesendur geta ef til vill ímyndað sér eru eintökin sem við fáum af til dæmis litningi 1 frá móður og föður mislöng.
  3. ^ Stökkbreytingar sem engin áhrif hafa á starfsemi eða hæfni lífvera eru kallaðar hlutlausar (e. neutral).
  4. ^ Það getur komið fyrir að valið sé fyrir stórum fuglum í 100 kynslóðir, en litlum fuglum næstu 50 kynslóðir þar á eftir.

Heimildir, frekari fróðleikur og myndir:

Birt í Vísindavefur - svör

(English) Plastic charr at Oikos 2020

Posted on: 12/03/2020 by Arnar Pálsson

Sorry this part has not been translated

Birt í Pistlar um vísindi

(English) The Icelandic biology conference 2019

Posted on: 22/01/2020 by Arnar Pálsson

Sorry this part has not been translated

Birt í Erindi og viðburðir

(English) Videos from conference of Bioethics of clinical innovation and unproven methods, Copenhagen, 9 April 2019

Posted on: 13/11/2019 by Arnar Pálsson

Sorry this part has not been translated

Birt í General biology

Geta vísindin sagt mér hversu mikill neanderdalsmaður ég er?

Posted on: 25/09/2019 by Arnar Pálsson
Nýlegt svar fyrir vísindavefinn. Arnar Pálsson. „Geta vísindin sagt mér hversu mikill neanderdalsmaður ég er?“ Vísindavefurinn, 18. september 2019.
Öll spurningin hljóðaði svona:

Geta vísindin sagt mér hversu mikill neanderdalsmaður ég er og hvaða merkingu það hefur að hafa erfðaefni frá neanderdalsmönnum í sér?

Homo sapiens er komin af stórri fjölskyldu manntegunda sem skildust frá sameiginlegum forföður okkar og simpansa fyrir fjórum til fimm milljónum ára. Flestar manntegundirnar bjuggu í Afríku en dreifðust einnig um gamla heiminn, og er talið að á hverjum tíma hafi verið til nokkrar ólíkar manntegundir. Nýlegar rannsóknir á fornerfðaefni (e. ancient DNA) sem greinst hefur í tugþúsund ára gömlum beinum gera stofnerfðafræðingum kleift að greina skyldleika nútímamannsins og annara hópa manna sem uppi voru á síðustu 100.000 árum og einnig að greina erfðablöndun milli hópa.

Ein þessara manntegunda er Homo neanderthalensis sem lifði í Evrópu og Asíu en dó út fyrir um 30.000 árum. Bylting í raðgreiningu erfðamengja og bættar aðferðir við einangrun á erfðaefni úr beinaleifum gerðu það mögulegt að raðgreina litning hvatbera úr tönn neanderdalsmanns (Krings o.fl. 1997). Niðurstöður sýndu að H. Neanderthalensis var ættingi nútímamannsins og að við áttum sameiginlegan forföður fyrir um 500.000-700.000 árum. En hvatberinn ber einungis lítinn hluta erfðaefnis einstaklings. Árið 2010 birtust niðurstöður úr raðgreiningu erfðamengja um 38.000 ára gamalla beina þriggja neanderdalsmanna úr Vindija-hellinum í Króatíu. Þær staðfestu matið á aldri sameiginlegs forföður neanderdalsmanna og okkar. Mest sláandi var hins vegar sú staðreynd að sumir menn eru með litningahluta sem svipar mjög sterklega til erfðamengis neanderdalsmannanna. Það þýðir að sum gen og litningabútar hafa flust á milli tegundanna, inn í erfðamengi forfeðra okkar. Slíkt gerist með æxlun og kynblöndun. Athyglisvert er að gen ættuð úr neanderdalsmönnum finnast eingöngu í mönnum sem eru frá landsvæðum utan Afríku. Neanderdalsmenn bjuggu einmitt í Evrasíu og hafa líklega blandast mönnum sem bjuggu utan Afríku fyrir um það bil 47.000 til 65.000 árum. Greiningar á erfðaefni í fornum mannabeinum hafa líka sýnt að á svipuðum tíma var uppi önnur tegund manna austar í Asíu. Þeir hafa verið nefndir denisovamenn, eftir Denisova-hellinum í Altai-fjöllunum þar sem fyrstu beinin fundust. Þeir voru álíka skyldir mönnum og neanderdalsmenn og komið hefur í ljós að þeir æxluðust einnig við forfeður okkar. En hversu mikið af erfðaefni kom frá þessum ættingjum okkar? Að meðaltali er um 2% af erfðaefni fólks utan Afríku ættað frá neanderdalsmönnum. Gen frá denisovamönnum finnast á heldur afmarkaðra svæði, alls ekki í fólki frá Afríku og Evrópu en umtalsvert í frumbyggjum austur Asíu. Hæst er hlutfallið á Papúa Nýju-Gíneu, um 8%. Erfðaefnið frá þessum ættingjum okkar er ekki jafndreift um erfðamengið. Um 50% af erfðamenginu sýnir engar vísbendingar um genaflæði frá neanderdalsmönnum. Þar með talið X-litningurinn allur og mörg gen annar staðar í erfðamenginu. Þetta bendir til þess að samsætur gena úr neanderdalsmönnum hafi ekki passað sérstaklega vel við erfðamengi forfeðra okkar. Á móti kemur að samsætur sumra gena frá þeim hafa náð 50% tíðni meðal manna utan Afríku. Að síðustu, þar sem neanderdals- og denisovamenn voru uppi á saman tíma var blöndun þeirra einnig möguleg. Þetta var staðfest árið 2018 þegar raðgreint var erfðaefni beins ungrar stúlku sem átti neanderdalsmann að föður og denisovakonu sem móður. Denny (svo nefnd af erfðafræðingunum) var fyrstu kynslóðar blendingur þessara tveggja manntegunda eða undirtegunda.

Líkön um skyldleika neanderdalsmanna (N), Evrópubúa (E) og Afríkumanna (Y). Tímaás rennur frá efri hluta mynda niður á greinar. Efst tengjast hóparnir vegna sameiginlegs uppruna, en síðan aðskiljast þeir þegar þróuninni vindur áfram. Þykkt greina vísar í stofnstærð, til dæmis þrengist grein Evrópubúanna eftir að þeir skildust frá afrísku greininni. Líkan A sýnir einfaldan aðskilnað hópanna, með flöskuháls í stofnstærð forfeðra Evrópubúa. Líkan B sýnir flutning erfðaefnis frá neanderdalsmönnum í Evrópubúana. Líkan C sýnir enga erfðablöndun, en punktalínan táknar að eldri aðgreining hafi verið í forföður manna og neanderdalsmanna og sú aðgreining hafi leitt til munar á fólki innan og utan Afríku. Líkan B er best stutt gögnunum. Yaruba-ættbálkurinn í Nígeríu er fulltrúi afríska hópsins og evrópski hópurinn er blanda af evrópskum landnemum í Ameríku. Gögn um neanderdalsmennina komu úr raðgreiningum á beinasýnum frá Evrópu. Mynd er einfölduð eftir grein Sankararaman o.fl. 2012.

Með því að gera erfðagreiningu á einstaklingum með hundruðum þúsunda erfðamarka er hægt að meta hversu hátt hlutfall erfðaefnis þeirra er ættað frá neanderdals- eða denisovamönnum. Fyrirtæki sem bjóða upp á arfgerðargreiningar til að meta uppruna einstaklinga meta mörg hver einnig erfðaframlag þessara hópa. Svarið við spurningunni, get ég farið í erfðapróf sem sýnir hversu mikill neanderdalsmaður ég er, er því já. Hægt er að fara í erfðapróf og meta hversu stór hluti erfðaefnis viðkomandi er komið frá neanderdalsmönnum. Líklegast er að um 1,5 til 2% af erfðaefni viðkomandi sé ættað úr neanderdalsmönnum. En hvernig á að túlka svona próf? Það að ein manneskja sé með meira af neanderdalsgenum en önnur þýðir ekki að ein sé þróaðri (eða æðri) en hin. Ef einhver myndi túlka gen frá neanderdals- eða denisovamönnum sem mengun þá teljast afrískir hópar hreinræktaðastir meðal manna. En slík ályktun er ekki á rökum reist því tegundirnar voru jafngildar meðan þær lifðu á jörðinni. Samsætur vissra gena frá neanderdalsmönnum hafa verið bendlaðar við vissa eiginleika, til dæmis þol gagnvart vissum sjúkdómum. Merkilegasta framlagið frá þessum tegundum er samt samsæta ákveðins gens sem gerir Tíbetbúum kleift að lifa hátt í fjöllum. Sú samsæta er ættuð frá denisovamönnum. Samantekt:

  • Greining á erfðaefni úr fornum beinum hefur sýnt fram á skyldleika manna og neanderdalsmanna, og erfðablöndun hópanna fyrir um það bil 54.000 árum.
  • Gen frá neanderdals- og denisovamönnum finnast bara í hópum manna utan Afríku.
  • Hægt er að greina hlutfall neanderdalsgena í erfðamengjum einstaklinga með prófi.
  • Meira eða minna hlutfall slíkra gena þýðir ekki að einn sé meira eða minna þróaður en annar.

Ítarefni, heimildir og myndir:

Birt í Vísindavefur - svör

Ný grein um bleikjuafbrigðin í Þingvallavatni

Posted on: 24/09/2019 by Arnar Pálsson
Háskóli Íslands

Hér á eftir fylgir fréttatilkynning sem við unnum með kynningardeild HÍ og var fjallað um í nokkrum íslenskum miðlum. Bendi fólki sérstaklega á viðtöl við Sigurð Snorrason í Bítinu á Bylgjunni - Vísbendingar um að bleikjuafbrigði í Þingvallavatni séu að þróast í nýjar tegundir og Sjónmáli á Rás 1 - rannsókn sýnir að erfðamunur er þremur á bleikjuafbrigðum í Þingvallavatni.

 

Ný rannsókn íslenskra vísindamanna leiðir í ljós að erfðamunur er á þremur afbrigðum bleikju í Þingvallavatni sem gæti verið vísbending um fyrstu stig myndunar nýrra tegunda. Sagt er frá niðurstöðum rannsóknarinnar í nýjustu útgáfu vísindatímaritsins Ecology and Evolution.

Frá því að ísaldarjökull lyftist af Íslandi og hörfaði af svæðinu við Þingvallavatn undir lok síðustu ísaldar, fyrir um 10-12 þúsund árum, og bleikja synti fyrst upp í vatnið hefur tegundin þróast í nokkur afbrigði sem eru ólík í útliti, stærð, atferli og lifnaðarháttum.

Menn hafa lengi vitað um þennan breytileika bleikjunnar í vatninu en fyrstur manna til að rannsaka hvers eðlis hann væri var Bjarni Sæmundsson um aldamótin 1900. Nokkru síðar átti Árni Friðriksson eftir að taka upp þráðinn. Báðir hylltust þeir að því að sum þessara afbrigða væru sérstakar tegundir. Á níunda áratugnum fóru í gang rannsóknir á bleikjunni þar sem áhersla var lögð á að veiða í öllum búsvæðum vatnsins og að ná sýnum af öllum aldurs- og stærðarhópum. Á grundvelli þessara rannsókna voru skilgreind fjögur mismunandi afbrigði bleikju í vatninu. Þau nefnast  murta, kuðungableikja, dvergbleikja og sílableikja og eru ólík hvað snertir litamynstur, sköpulag, vaxtarferla, stærð og aldur við kynþroska, og búsvæða- og fæðuval.

Ekki er óalgengt að afbrigði hafi myndast meðal ferskvatnsfiska á norðurslóðum og er þá oftast um að ræða tvö afbrigði sem nýta mismunandi fæðu og búsvæði. Nú eru í gangi fjöldi rannsókna sem miðar að því að kanna hvers eðlis slík afbrigði eru, þ.e.a.s. hvort um sé að ræða erfðafræðilegan aðskilnað eða að afbrigðin komi fram í hverri kynslóð sem svar við mismunandi umhverfisaðstæðum í uppvexti. Á breiðari grundvelli snúa þessar rannsóknir einnig að því varpa ljósi á ferli aðlögunar að nýjum umhverfisaðstæðum og þátt slíkrar aðlögunar í myndun afbrigða og tegunda. Slíkar rannsóknir eru því mikilvægar í ljósi þeirra hröðu umhverfisbreytinga sem nú eiga sér stað.

Framfarir á sviði sameindalíffræði hafa á allra síðustu árum opnað alveg nýjar leiðir til að nálgast spurningar um aðlögun og myndun afbrigða og tegunda. Í rannsókn vísindamannanna, sem sagt er frá í Ecology and Evoloution, var rýnt í erfðaefni þriggja afbrigðanna, murtu, kuðungableikju og dvergbleikju, með það fyrir augum að kanna erfðabreytileika milli þeirra og reyna að komast að því hvaða gen og þroskunarferlar tengjast þróun mismundandi afbrigða. Beitt var aðferðum sameindaerfðafræði, sérstaklega aðferðum sem þar sem skoðuð eru afrit af tugþúsundum gena í hverju sýni. Þannig er hægt að skoða hvenær á þroskaskeiði viss gen eru virk og í hvaða vefjum. Einnig er hægt að skoða erfðabreytileika milli einstaklinga, í þessu tilfelli milli afbrigðanna þriggja af bleikju.

 

Þrjú afbrigði bleikjunnar verið erfðafræðilega aðskilin í fjölda kynslóða

Rannsóknin leiddi í ljós að murtan, kuðungableikjan og dvergbleikjan eru erfðafræðilega aðskilin og virðast hafa verið það í fjölda kynslóða. Munurinn á afbrigðunum birtist t.d. í því að tiltekin stökkbreyting í erfðaefninu er algengari í einu afbrigði en öðru. Af þeim um 20.000 stökkbreytingum sem greindar voru í rannsókninni sýndu rúmlega 2.000 umtalsverðan mun á milli afbrigðanna. Þessar stökkbreytingar fundust á öllum litningum bleikjunnar, sem bendir til að afbrigðin hafi verið aðskilin í umtalsverðan tíma. Önnur gögn sýna enn fremur að sílableikjan, fjórða afbrigðið, aðgreinist ekki jafn skýrt og hin þrjú. Henni svipar helst til murtu en takmarkanir gagnanna koma í veg fyrir sterkar ályktanir. Nánari rannsóknir gætu skýrt hvort sílableikjur séu einfaldlega murtur sem læra að borða hornsíli eða hvort þær séu mjög nýlegt afbrigði með vægan erfðafræðilegan aðskilnað frá murtunni.

Rannsóknin sýndi einnig að dvergbleikjan og kuðungableikjan eru skyldari hvor annari en murtan fjarskyldari, sem að sögn vísindamannanna endurspeglar vistfræði þeirra, en bæði kuðungableikja og dvergableikja hafast við og nærast á smádýrum á strandbotni Þingvallavatns en murta lifir á sviflægum krabbadýrum í vatnsbolnum.

 

 

Framfarir á sviði sameindalíffræði hafa á allra síðustu árum opnað alveg nýjar leiðir til að nálgast spurningar um aðlögun og myndun afbrigða og tegunda. Í rannsókn vísindamannanna, sem sagt er frá í Ecology and Evoloution, var rýnt í erfðaefni þriggja afbrigðanna, murtu, kuðungableikju og dvergbleikju, með það fyrir augum að kanna erfðabreytileika milli þeirra og reyna að komast að því hvaða gen og þroskunarferlar tengjast þróun mismundandi afbrigða.

Háskóli Íslands

 

 

Myndun tegunda tekur skemmri tíma en áður var talið

Vísindamannahópurinn ályktar að með hliðsjón af erfðamuninum, sem fram kemur í rannsókninni, og öðrum þáttum gæti verið um fyrstu stig myndunar tegunda að ræða. Tegundir myndast þegar stofn ákveðinnar lífveru klofnar upp í tvo eða fleiri hópa, oftast eftir landfræðilegan aðskilnað en jafnvel einnig vegna sérhæfingar að ólíkum búsvæðum innan sama svæðis, t.d. vatns eða vatnakerfis. Þegar hóparnir hafa tekið miklum breytingum yfir margar kynslóðir, í útliti, lifnaðarháttum og erfðasamsetningu, getur ólíkur hrygningartími eða mismunur á mökunaratferli komið í veg fyrir að afbrigði æxlist saman og jafnvel þótt einhver brögð séu að því þá getur verið að blendingsafkvæmi, sem þannig eru komin til, séu ólíklegri til að lifa af og ná að geta af sér afkvæmi. Sé þetta raunin er talað um að hóparnir séu orðnir aðskildir.

Lengi var talið að myndun tegunda tæki árþúsundir eða milljónir ára en nýlegar rannsóknir sýna að stofnar lífvera geta þróast mjög hratt og þessi rannsókn bendir til þess að þeir geti jafnvel aðskilist í ólíkar gerðir innan sama vatnakerfis á tiltölulega stuttum tíma. Hversu lengi bleikjuafbrigðin í Þingvallavatni standast tímans tönn er óvisst en full ástæða er til að hafa áhyggjur ýmsum hraðfara breytingum á umhverfinu eins og hækkandi hitastigi.

Fjölbreytni lífríkisins hefur heillað mannkyn frá örófi alda en með aðferðum nútímavísinda er mögulegt að rannsaka uppsprettur þessarar fjölbreytni og kraftana sem skapa hana og móta. Það hve lífríki Íslands er tiltölulega ungt og landfræðilega einangrað býður upp á einstök tækifæri til að rannsaka fyrstu skref í myndun líffræðilegs fjölbreytileika, þróun afbrigða og tegunda.

Að rannsókninni stendur hópur vísindmanna við Háskóla Íslands og Hafrannsóknastofnun auk fyrrverandi nemenda Háskólans. Fyrsti höfundur greinarinnar er Jóhannes Guðbrandsson, starfsmaður Hafrannsóknastofnunar, sem nýverið lauk doktorsprófi frá Háskóla Íslands. Auk hans koma þau Kalina H. Kapralova , Sigurður S. Snorrason, Arnar Pálsson, Zophonías O. Jónsson, Sigríður R. Franzdóttir, sem öll starfa við Líf- og umhverfisvísindadeild Háskóla Íslands, að rannsókninni ásamt Þóru Margréti Bergsveinsdóttur, nema við Uppsalaháskóla, og Völundi Hafstað, nema við Háskólann í Lundi.

Rannsóknina má nálgast á vefnum

Við þetta má bæta a einn aðstandandi rannsóknarinnar, Kalina H. Kapralova, vann í samvinnu við meistaranemann Edite Fiskoviča stutta heimildamynd um æxlun bleikjunnar í Þingvallavatni. Myndina má finna á YouTube.

Mynd af bleikjum í vatni tók Quentin Horta og mynd af bátafólki tók Arnar Pálsson.

Birt í Pistlar um vísindi, General biology

(English) Extensive genetic differentiation between recently evolved sympatric Arctic charr morphs

Posted on: 15/07/2019 by Arnar Pálsson

Sorry this part has not been translated

Birt í Publications

(English) Talks and posters at Evolution and core processes in gene expression

Posted on: 23/05/2019 by Arnar Pálsson

Sorry this part has not been translated

Birt í Publications, Erindi og viðburðir

Genatjáning í snemmþroskun og erfðabreytileiki bleikjuafbrigðanna í Þingvallavatni

Posted on: 22/04/2019 by Arnar Pálsson

Það er með töluverðu stolti sem ég fleyti hér áfram tilkynningu um doktorsvarnar erindi Jóhannesar. Það verður kátt í Öskjunni föstudaginn 26 apríl, 2019.
Erindið verður kl. 14:00 í stofu 132.

Doktorsefni: Jóhannes Guðbrandsson

Heiti ritgerðar: Genatjáning í snemmþroskun og erfðabreytileiki bleikjuafbrigðanna í Þingvallavatni

http://luvs.hi.is/vidburdir/genatjaning_i_snemmthroskun_og_erfdabreytileiki_bleikjuafbrigdanna_i_thingvallavatni

Ágrip

Fjögur afbrigði bleikju (Salvelinus alpinus) finnast í Þingvallavatni. Afbrigðin eru talin hafa þróast innan vatnsins frá lokum síðustu ísaldar og eru ólík hvað varðar m.a. stærð, útlit, lífsferla og fæðuöflun. Meginmarkmið verkefnisins var að auka skilning á hvaða sameinda- og þroskunarferlar liggja að baki mismunandi svipgerð afbrigðanna og meta erfðafræðilega aðgreiningu þeirra á milli. Könnuð var genatjáning í snemmþroskun í leit að mismunandi tjáðum genum sem gætu þannig bent á hvaða ferlar móta þroskun ólíkra svipgerða. Erfðabreytileiki meðal afbrigðanna var metinn og athugað hvort að erfðaset með mikinn mun í tíðni samsæta, meðal afbrigða, fyndust í genum með svipuð líffræðileg hlutverk og/eða væru bundin við ákveðna staði innan erfðamengisins. Tvenns konar aðferðarfræði var beitt, í fyrsta lagi að kanna áhugaverð gen með sértækum aðferðum og í öðru lagi að rannsaka allt umritunarmengið (með RNA-raðgreiningu). Niðurstöðurnar afhjúpa ólíka genatjáningu og erfðamun milli afbrigðanna. Munur í tjáningu finnst á genum í mörgum líffræðilegum ferlum sem bendir til töluverðar aðgreiningar afbrigðanna og að mögulega hafi mörg gen verið undir náttúrulegu vali. RNA-niðurbrot í sýnum, líklega vegna tæknilegra vandkvæða í meðhöndlun þeirra, hækkaði flækjustig greininga á RNA-raðgreiningargögnum. Greining umritunarmengisins var engu að síður gagnleg þar sem tjáningarmunur fannst í genum sem tengjast myndun utanfrumugrindar og beinmyndun. Gögnin sýna mikinn mun í tíðni samsæta meðal afbrigða og var mikinn mun að finna víða í erfðamenginu. Það getur bent til æxlunarlegrar einangrunar afbrigðanna og/eða náttúrulegs vals á mörgum litningasvæðum. Mikill erfðamunur fannst til dæmis í genum tengdum ónæmiskerfinu með sértækum aðferðum og aðgreinandi erfðabreytileiki í genum tengdum kollagen-efnaskiptum og umhverfisskynjum (sjón, heyrn) var áberandi í umritunarmenginu. Genatjáningarmunur í fóstrum og skýr munur í erfðasamsetningu afbrigðanna bendir til að þau séu komin áleiðis inn á “veg tegundamyndunar”.

Jóhannes fæddist árið 1985 og ólst upp á Staðarhrauni á Mýrum. Hann lauk BS prófi í líffræði frá Háskóla Íslands árið 2008 og BS prófi í stærðfræði frá sama skóla árið 2010. Jóhannes hóf doktorsnám í lífræði haustið 2009. Frá árinu 2012 hefur hann verið hlutastarfi hjá Veiðimálastofnun, sem varð að Hafrannsóknastofnun árið 2016, þar sem hann stundar rannsóknir á laxfiskum. Hann sinnti einnig aðstoðarkennslu í ýmsum líffræðigreinum í Háskólanum meðfram námi.

Andmælendur:
Dr. Kathryn Elmer, dósent við stofnun líffræðilegs fjölbreytileika, dýraheilsu og samanburðar-læknisfræði við háskólann í Glasgow.
Dr. Jón H. Hallson, dósent við auðlinda- og umhverfisdeild Landbúnaðarháskóla Íslands.

Leiðbeinandi: Dr. Arnar Pálsson, prófessor við Líf- og umhverfisvísindadeild Háskóla Íslands.

Einnig í doktorsnefnd:
Dr. Zophonías O. Jónsson, prófessor við Líf- og umhverfisvísindadeild Háskóla Íslands.
Dr. Sigurður S. Snorrason, prófessor við Líf- og umhverfisvísindadeild Háskóla Íslands.
Dr. Einar Árnason, prófessor við Líf- og umhverfisvísindadeild Háskóla Íslands.
Dr. Páll Melsted, prófessor við Iðnaðarverkfræði-, vélaverkfræði- og tölvunarfræðideild Háskóla Íslands.

Doktorsvörn stýrir: Dr. Snæbjörn Pálsson, prófessor og varadeildarforseti Líf- og umhverfisvísindadeildar Háskóla Íslands.

Sjá viðburð á facebook

Birt í Framhaldsnemar

(English) Útdauði tegunda og blinda okkar á hægar breytingar

Posted on: 11/03/2019 by Arnar Pálsson

Sorry this part has not been translated

Birt í Pistlar um vísindi, General biology