Evolution förklarar hur alla levande varelser, inklusive oss, blev. Det skulle vara lätt att anta evolutionsarbeten genom att kontinuerligt lägga till funktioner till organismer och ständigt öka deras komplexitet. Vissa fiskar utvecklade benen och gick på land. Vissa dinosaurier utvecklade vingar och började flyga. Andra utvecklade livmoder och började föda unga levande.
Ändå är detta en av de mest dominerande och frustrerande missuppfattningar om evolution. Många framgångsrika grenar av livets träd har hållit sig enkla, till exempel bakterier, eller har minskat deras komplexitet, till exempel parasiter. Och de klarar sig mycket bra.
I en färsk studie publicerad i Nature Ecology and Evolution, jämförde vi de kompletta genomerna av över 100 organismer (mestadels djur) för att studera hur djurriket har utvecklats på genetisk nivå. Våra resultat visar att ursprunget till stora grupper av djur, såsom den som består av människor, inte är kopplat till tillsatsen av nya gener utan till massiva genförluster.
Evolutionsbiologen Stephen Jay Gould var en av de starkaste motståndarna mot "framstegsmarschen”, Idén att evolutionen alltid resulterar i ökad komplexitet. I sin bok Full House (1996) använder Gould modellen för berusad promenad. En berusad lämna en bar i en tågstation och går klumpigt fram och tillbaka över plattformen och svänger mellan baren och tågspåren. Med tanke på tillräckligt med tid kommer berusaren att falla i spåren och fastnar där.
Plattformen representerar en skala av komplexitet, puben är den lägsta komplexiteten och spåren maximalt. Livet uppstod genom att komma ut från puben, med minsta möjliga komplexitet. Ibland snubblar det slumpmässigt mot spåren (utvecklas på ett sätt som ökar komplexiteten) och andra gånger mot puben (minskar komplexiteten).
Inget alternativ är bättre än det andra. Att hålla sig enkelt eller minska komplexiteten kan vara bättre för överlevnad än att utvecklas med ökad komplexitet, beroende på miljön.
Men i vissa fall utvecklas grupper av djur komplexa funktioner som är inneboende för hur deras kroppar fungerar och som inte längre kan förlora dessa gener för att bli enklare - de fastnar i tågspåren. (Det finns inga tåg att oroa sig för i denna metafor.) Till exempel går flercelliga organismer sällan tillbaka och blir unicellulära.
Om vi bara fokuserar på de organismer som fångats i tågspåren, så har vi en partisk uppfattning om livet som utvecklas i en rak linje från enkel till komplex, med misstag att tro att äldre livsformer alltid är enkla och nyare är komplexa. Men den verkliga vägen till komplexitet är mer krånglig.
Tillsammans med Peter Holland från University of Oxford tittade vi på hur genetisk komplexitet har utvecklats hos djur. Tidigare, vi har visat att tillsatsen av nya gener var nyckeln till den tidiga utvecklingen av djurriket. Frågan blev då om det var fallet under den senare utvecklingen av djur.
Studera livets träd
De flesta djur kan grupperas i stora evolutionära linjer, grenar på livets träd som visar hur djuren som lever i dag utvecklats från en serie delade förfäder. För att svara på vår fråga studerade vi varje djurfamilj för vilken en genomsekvens var allmänt tillgänglig och många icke-djur-linjer för att jämföra dem mot.
En djurstam är deuterostomerna, som inkluderar människor och andra ryggradsdjur, liksom havsstjärnor eller sjöborrar. En annan är ekdysozoaner, som består av leddjur (insekter, hummer, spindlar, tusenbehållare) och andra djur som vallar som rundmaskar. Ryggradsdjur och insekter anses vara några av de mest komplexa djuren. Slutligen har vi en avstamning, lophotrochozoans, som inkluderar djur som blötdjur (till exempel sniglar) eller ringgångar (daggmaskar), bland många andra.
Vi tog detta mångsidiga urval av organismer och såg hur de var släkt på livets träd och vilka gener de delade och inte delar. Om en gen fanns i en äldre gren av trädet och inte i en yngre, sluts vi att denna gen hade gått förlorad. Om en gen inte fanns i äldre grenar utan dök upp i en yngre gren, så ansåg vi det som en ny gen som hade vunnit i den yngre grenen.
Ett livsdiagram som visar det förändrade antalet gener från olika djurgrupper. Nedåtriktade orange trianglar indikerar genförluster. Uppåt pekande gröna trianglar indikerar genvinster. Ju större triangeln, desto större förändring. Jordi Paps, författaren förutsatt
Resultaten visade oöverträffade antal gener förlorade och förvärvade, något som man aldrig sett tidigare i tidigare analyser. Två av de viktigaste linjerna, deuterostomerna (inklusive människor) och ekdysozoanen (inklusive insekter), visade det största antalet genförluster. Däremot visar lophotrochozoans en balans mellan gennyheter och förluster.
Våra resultat bekräftar den bild som ges av Stephen Jay Gould genom att visa att på gennivå djurliv uppstod genom att lämna puben och göra ett stort hopp i komplexitet. Men efter den initiala entusiasmen snubblat några linjer närmare puben genom att förlora gener, medan andra linjer drev mot banan genom att få gener. Vi anser att detta är den perfekta sammanfattningen av evolutionen, ett spritframkallat slumpmässigt val mellan baren och tågspåret. Eller, som internetmemet säger, "gå hem evolution, du är full".
Om författaren
Jordi Paps, lektor, Institutionen för biologiska vetenskaper, University of Bristol, University of Bristol och Cristina Guijarro-Clarke, doktorand i Evolution, University of Essex
Denna artikel publiceras från Avlyssningen under en Creative Commons licens. Läs ursprungliga artikeln.
books_science
