Genetisk studie avslöjar 30 år av Darwinfinkarnas evolution

I en av de hittills största studierna av djur i deras naturliga miljö har arvsmassan hos nästan 4 000 Darwinfinkar kartlagts mycket detaljerat. Det internationella forskarlaget, som letts från Uppsala universitet, har därigenom kunnat avslöja den genetiska bakgrunden för evolutionära förändringar som skett över flera generationer hos fyra olika arter. Resultaten publiceras i den vetenskapliga tidskriften Science.

Ända sedan Charles Darwin först beskrev en märklig grupp av finkar på Galápagos så har evolutionsbiologer använt de här fåglarna för att studera hur nya arter uppkommer. En ursprungsart har utvecklats till 18 olika arter med olika näbbform under 1–2 miljoner år.

Peter och Rosemary Grant, vid Princeton University, ringmärkte och studerade nästa varenda individ på den lilla ön Daphne Major under perioden 1973 till 2012. Deras forskningsinsats har visat hur Darwinfinkarna på ön förändrades som ett svar på variation i klimatet och via konkurrens mellan arter. I den studie som publiceras nu så har forskarna genomfört dna-sekvensering av alla de fåglar som paret Grant samlat in på Daphne Major och kunnat dokumentera genetiska skillnader som förklarar variation i kroppsstorlek och näbbens form.

– Det är fascinerande att resultaten, som avslöjar genetiska förändringar som skett under de senaste 30 åren, ger oss en inblick i hur olika arter av Darwinfinkarnas uppkommit. Dna-sekvensering av hela arvsmassan kombinerad med noggranna fältstudier är en kraftfull metod för att förstå hur naturlig selektion leder till evolutionära förändringar, förklarar Erik Enbody, förstaförfattare och tidigare post-doktor vid Uppsala Universitet.

– En av de mest intressanta upptäckter vi gjort är att relativt få genvarianter förklarar merparten av den variation vi ser i näbbarnas form som är avgörande för vad finkarna äter. Resultaten står i skarp kontrast till vad vi känner till om människans kroppslängd där tusentals genvarianter bidrar, men där var och en av dessa endast förklarar en mycket liten del av variationen. Ett annat viktigt fynd är att vi kan visa på förekomsten av minst en så kallad supergen där flera gener tillsammans har en ovanligt stor betydelse för Darwinfinkarnas evolution, säger Leif Andersson, seniorprofessor i funktionsgenomik vid Uppsala Universitet och den som lett studien.

Under de 30 år som täcks av studien har näbben hos mellanmarkfinken (Geospiza fortis) på Daphne Major blivit mindre. Genom att studera alla finkar på den lilla ön kan nu forskarna visa att det delvis beror på naturlig selektion under en period av extrem torka samt på grund av hybridisering med den mindre markfinken (Geospiza fuliginosa).

– Den här studien som omfattar fem till sex generationer av Darwinfinkar visar på betydelsen av långvariga studier för att förstå evolutionära förlopp, förklarar Peter Grant.

I och med att forskarna ringmärkte nästan varenda fågel på ön under sina fältstudier kunde de dokumentera hur länge varje individ levde, vilka de parade sig med och hur det gick för deras avkommor.

– Tack vare att vi samlade in en droppe blod från vingvenen från varje fågel så blev det möjligt att genomföra kartläggningen av hela arvsmassan när storskalig dna-sekvensering blev tekniskt möjlig, tillägger Rosemary Grant.

Studien visar att de här arternas anpassning sig till sin miljö är en dynamisk process där genetiska förändringar beror dels på naturlig selektion och dels på genflöde mellan mycket närbesläktade arter av Darwinfinkar. I takt med att de globala klimatförändringar pågår fungerar Darwinfinkarna på Galápagos öarna som modell för att studera olika arters förmåga, baserat på deras genetiska förutsättningar, att klara av anpassning till miljöförändringar.

Artikel: Enbody, ED et al., "Community-wide genome sequencing reveals 30 years of Darwin’s finch evolution". Science 381, adf6218 (2023).DOI:10.1126/science.adf6218

För mer information kontakta: Leif Andersson, professor i funktionsgenomik vid Institutionen för medicinsk biokemi och mikrobiologi, Uppsala Universitet. E-post:Leif.andersson@imbim.uu.se, Tel: 070 425 0233