Natürliche Selektion wird normalerweise im Kontext von Veränderungen verstanden. Wenn Organismen von der Norm abweichen, können sie Vorteile erlangen, die dazu führen, dass ihre Abstammungslinien die ihrer weniger anpassungsfähigen Verwandten überdauern.
Neue Forschungsergebnisse der Michigan State University legen jedoch nahe, dass die natürliche Selektion auch die Macht hat, alles beim Alten zu halten.
„Wir reden immer über die enorme Vielfalt des Lebens und das sollten wir auch tun. Es ist unglaublich. Die natürliche Auslese hat uns viel von dieser Vielfalt beschert, wahrscheinlich den größten Teil davon“, sagte Jeff Conner, Professor am College of Natural Science und der WK Kellogg Biologische Station oder KBS. „Aber natürliche Selektion kann auch Ähnlichkeiten hervorrufen.“
Conner ist außerdem Fakultätsmitglied in der Abteilung für Pflanzenbiologie und im Ecology, Evolution and Behavior (EEB)-Programm der MSU. Darüber hinaus fungiert er als gewählter Präsident der American Society of Naturalists.
Conner und sein Team haben einen neuen Bericht in der Zeitschrift veröffentlicht Neuer Phytologe Dies erweitert das wissenschaftliche Verständnis der natürlichen Selektion angesichts eines anderen evolutionären Mechanismus namens genetische Zwänge.
Die Idee hinter der Einschränkung besteht darin, dass Arten im Zuge ihrer Weiterentwicklung in bestimmten Bereichen ihre genetische Flexibilität verlieren können. Dies führt dazu, dass sich bestimmte Merkmale stabilisieren und über Generationen hinweg bestehen bleiben.
Grob gesagt ist es also verlockend, sich die natürliche Auslese als Beschleuniger der Evolution vorzustellen, der unterschiedliche oder abweichende Merkmale und Zwänge als Bremsen vorantreibt und Ähnlichkeiten aufrechterhält oder bewahrt.
„Unsere Arbeit dreht das Drehbuch ein wenig um“, sagte Conner. „Wir schlagen vor, dass Selektion die Dinge auch verlangsamen kann, dass sie sowohl Ähnlichkeiten als auch Unterschiede hervorrufen kann.“
Während des Peer-Review-Prozesses wurde die Arbeit als faszinierendes Projekt beschrieben, das langjährige Annahmen in Frage stellte.
Auswahl und Einschränkung prüfen
Dieses neue Papier baut auf einem anderen Bericht von Conners Gruppe von Anfang des Jahres unter der Leitung des Doktoranden Robin Waterman auf. Diese Arbeit wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Evolution und deutete zunächst an, dass Selektion für die Erhaltung von Merkmalen verantwortlich sein könnte.
Aber die Forscher mussten noch Beiträge aus der Einschränkung ausschließen, was sie in der Studie getan haben Neuer Phytologe Bericht.
In beiden Studien stützten sich die Forscher auf wilden Rettich als Modellorganismus, doch die Pflanze ist auch in der Landwirtschaft ein äußerst schädliches Unkraut, insbesondere auf Weizenfeldern in Australien und im Südosten der USA.
In beiden Veröffentlichungen untersuchten die Forscher ein charakteristisches Merkmal von Wildrettich, nämlich die Länge seiner Staubblätter oder pollenproduzierenden Teile. Zwei der sechs Staubblätter sind kurz und vier lang.
Dieses Merkmal ist auch bei den fast 4.000 Verwandten des Wildrettichs in der Familie der Senfgewächse weit verbreitet. Dazu gehört Arabidopsis thaliana, ein weiterer wichtiger Modellorganismus; Knoblauchsenf, eine invasive Art in den Vereinigten Staaten; und viele Nutzpflanzen wie Grünkohl, Blumenkohl und Rosenkohl.
Obwohl sich die Forscher in diesen beiden Berichten auf die Grundlagenbiologie konzentrierten, könnte ihre Arbeit auch zukünftige Studien inspirieren, die Wissenschaftlern und Landwirten auf der ganzen Welt zugute kommen.
Um den Einfluss von Selektion und Zwängen auf das charakteristische Staubblattmerkmal dieser Familie zu bewerten, wandte sich das Team der sogenannten künstlichen Selektion zu. Das heißt, sie züchteten selektiv wilde Radieschen, deren Staubblätter näher an der gleichen Länge waren, um zu versuchen, diese Eigenschaft zu ändern.
„Die vielleicht beste Methode, um kurzfristige Einschränkungen zu testen, ist künstliche Selektion, denn wenn ein Merkmal auf künstliche Selektion reagiert, kann es sich eindeutig weiterentwickeln“, schrieb das Team. „Aber wenn das Merkmal nicht reagiert, liegt eine Einschränkung aufgrund mangelnder genetischer Variation vor.“
Das Merkmal reagierte nicht nur, sondern auch sehr schnell. Das Team reduzierte den Unterschied in der Staubblattlänge während der Experimente um mehr als 30 %.
„Diese Pflanzenfamilie hat dieses Vier-Lang-Zwei-Kurz-Merkmal über 50 Millionen Jahre hinweg beibehalten und wir können ein Drittel des Unterschieds in fünf Generationen, also fünf Jahren, beseitigen“, sagte Conner. „Ich schätze, wenn wir weitermachten, würden wir wieder auf sechs gleich lange Staubblätter zurückkommen.“
Die Vorfahren dieser Familie hatten Staubblätter gleicher Länge und einige Arten innerhalb der Familie sind im Laufe der Zeit wieder auf die gleiche Länge zurückgekehrt. Aber wilder Rettich und die meisten seiner Verwandten haben das Vier-Lang-Zwei-Kurz-Motiv wahrscheinlich dank natürlicher Selektion entwickelt und beibehalten.
Forscher glauben, dass die unterschiedlich langen Staubblätter der Art einen Vorteil verschaffen, wenn es darum geht, wie Bestäuber mit der Pflanze interagieren, aber sie sind sich nicht sicher, was dieser Vorteil genau ist. Waterman und Conner haben in ihrem Labor an der KBS mit Studenten und K-12-Lehrern Experimente entworfen, um dies zu untersuchen.
Wilder Rettich birgt also immer noch einige Geheimnisse, aber er ist eine starke Erinnerung an die Kraft der natürlichen Selektion.
„Natürliche Selektion ist sehr wichtig“, sagte Conner. „Viele Dinge, von denen die Leute dachten, dass Auswahl sie nicht bewirken könnte, lernen wir, dass Auswahl sie bewirken kann.“
Mehr Informationen:
Jeffrey K. Conner et al., Schnelle Entwicklung eines familiendiagnostischen Merkmals: künstliche Selektion und korrelierte Reaktionen bei wildem Rettich, Raphanus raphanistrum, Neuer Phytologe (2023). DOI: 10.1111/nph.19125