Hawaii: Hvor evolusjon kan være overraskende forutsigbar
På hver Hawaii-øy har pinneedderkopper utviklet seg til de samme grunnleggende formene - gull, hvitt og mørkt. Det er et fantastisk eksempel på hvor forutsigbar evolusjon kan være.
Kauai, Hawaii(Suzanne Cummings / Getty Images)
De fleste drar til Hawaii for de gylne strendene, det turkise havet eller det fantastiske været. Rosemary Gillespie gikk for edderkoppene.
Hawaii-øyene ligger rundt 2400 miles fra nærmeste kontinent, og er omtrent så avsidesliggende som det er mulig for øyer å være. I løpet av de siste 5 millioner årene har de gjentatte ganger blitt kolonisert av langt reisende dyr, som deretter diversifiserte seg til dusinvis av nye arter. Honeycreeper fugler, fruktfluer, kjøttetende larver ... alle disse skapningene nådde Hawaii, og utviklet seg til fantastiske utvalg av unike former .
Det samme gjorde edderkoppene. Det er edderkopper med glad ansikt hvis underliv ser ut som emojier, og som Gillespie begynte å studere i 1987. Det er passende navngitte langkjevede edderkopper, som fanget hennes oppmerksomhet år senere. Edderkopper har så gjentatte ganger utstrålet på Hawaii at forskere ofte oppdager helt nye grupper av arter på en gang, slik at de kan ha litt taksonomisk moro. En slekt ble navngitt Orsonwelles og hver art er oppkalt etter en av regissørens filmer; en annen gruppe er oppkalt etter alle karakterene fra filmen Rovdyret. Mangfoldet er ekstraordinært, sier Gillespie, en evolusjonsbiolog ved UC Berkeley.
Den mest spektakulære av disse edderkoppdynastiene, sier Gillespie, er pinneedderkoppene . De er kalt fordi noen av dem har lange, utstrakte underliv som får dem til å se ut som kvister. Du ser dem bare om natten, og går veldig sakte rundt undergulvet, sier Gillespie. De er litt som dovendyr. Morderiske dovendyr, men: Deres trege bevegelser lar dem snike seg inn på andre edderkopper og drepe dem.
I løpet av dagen gjemmer pinneedderkopper seg, og stoler på kamuflasjen deres for å beskytte dem mot nebbene til honningkryper. Hver av Hawaiis øyer har arter av pinneedderkopper som kommer i tre karakteristiske farger - skinnende gull, mørk brun og matt hvit. Gå til Oahu og du vil finne alle tre typene. Gå til East Maui og du vil se den samme trioen. Det ville være fristende å tro at samme tre arter av pinneedderkopper, en for hver farge, har reist gjennom hele øykjeden. Men sannheten er mye merkeligere.
Gillespie har vist at gulledderkoppene på Oahu tilhører en annen art enn de på Kauai eller Molokai. Faktisk er de nærmere beslektet med sine brune og hvite naboer fra Oahu. Gang på gang har disse edderkoppene kommet til nye øyer og utviklet seg til nye arter - men alltid på en av tre grunnleggende måter. En gulledderkopp ankommer Oahu, og diversifisert til gull, brune og hvite arter. En annen gulledderkopp hopper over til Maui og diversifiserte seg igjen til gull, brune og hvite arter. De utvikler de samme formene gjentatte ganger, sier Gillespie.
Eksempler på hvite, mørke og gull-arter av pinneedderkopper på forskjellige Hawaii-øyer. Arten øverst til venstre er den mest forfedre av dem alle. (Rosemary Gillespie et al.)
Gillespie har sett det samme mønsteret før, blant Hawaiis langkjevede nisseedderkopper . Hver øy har sine egne representanter for de fire grunnleggende typene: grønn, rødbrun, liten brun og stor brun. Til å begynne med antok Gillespie at alle de grønne artene var i slekt med hverandre. Men edderkoppenes DNA avslørte at de som bor på de samme øyene er nærmest beslektet, uavhengig av fargene deres. De har også hoppet fra en øy til en annen, og stråler inn i de samme fire variantene uansett hvor de lander.
En av de vanligste misforståelsene om evolusjon er at det er en tilfeldig prosess. Mutasjoner er tilfeldige, ja, men disse mutasjonene stiger og faller på måter som er alt annet enn tilfeldige. Det er grunnen til at pinneedderkopper, når de invaderer en ny øy, ikke diversifiserer til røde arter eller sebrastripete. Miljøet på Hawaii skulpturerer kroppene deres på et begrenset antall måter.
De skinnende gulledderkoppene er for eksempel perfekt kamuflert mot undersiden av bladene. De mørkebrune er spesielt vanskelige å få øye på mot steiner og bark. Og de matt-hvite smelter inn blant de hvite lavene som fester Hawaiis skoger. Det er bare et visst antall gode måter å være en edderkopp i disse økosystemene, og evolusjonen finner gjentatte ganger disse måtene, sier Catherine Wagner , en evolusjonsbiolog ved University of Wyoming, som ikke var involvert i den nye studien.
Disse måtene å være edderkopp på kan også være begrenset av skapningene selv, legger Wagner til. For eksempel får de gylne edderkoppene fargen fra blekgule pigmenter som ligger over et lag med guaninkrystaller på kroppen. Hvis disse krystallene er tynne plater, produserer de skinnende refleksjoner som fremhever de overliggende gulene, og produserer et metallisk gull. Hvis krystallene er små terninger, sprer de lys i stedet for å reflektere det, slik at den naturlige hvite fargen til guaninen kommer gjennom. Og hvis guaninkrystallene er helt fraværende, overvelder den mørke fargen på edderkoppens underliggende organer de overliggende pigmentene. Kanskje det er derfor edderkoppene alltid kommer i den samme grunnleggende treenigheten av fargetoner: De er de enkleste å produsere, med minimale justeringer.
I 1989 funderte evolusjonsbiolog Stephen Jay Gould over hva som ville skje hvis du spilte av livets bånd – det vil si hvis du spole tiden tilbake og lot historien spille ut igjen. Ville den samme arten utvikle seg fra de samme forfedre? Hvis hver replay minner sterkt om livets faktiske bane, må vi konkludere med at det som virkelig skjedde ganske mye måtte skje, skrev han. Gould følte at det var usannsynlig, men Hawaiis edderkopper sier noe annet. De har gjort en versjon av Goulds eksperiment, og de har vist at under noen omstendigheter kan evolusjon virkelig være svært forutsigbar.
Det er ikke bare edderkopper heller. Luke Mahler og Jonathan Losos har vist at på tvers av de store Antillene har anoleøgler gjentatte ganger konvergert på de samme grunnleggende formene. Hver øy har en art som lever blant kvister, en annen som holder til blant gress, og enda en som omslutter trestammer. Hvis du ikke var en anolebiolog og noen kom ned, ga deg bind for øynene og satte deg på en annen øy, ville du tenkt: Å ja, det er de samme øglene, Mahler fortalte meg en gang . Men det er de ikke. De er produktet av den samme gjentatte konvergerende evolusjonen som produserte gull, mørke og hvite pinneedderkopper.
Spørsmålet er da ikke om evolusjonen er forutsigbar. Klart det kan være det. Det er mer interessant å spørre under hvilke forhold det er forutsigbart. Igjen, Hawaii har mye å si om det. Pinneedderkoppene og edderkoppene med lang kjeve har gjentatte ganger utviklet seg til samme kroppsbygning, men andre avstamninger av hawaiianske edderkopper har ikke. Hvorfor gikk evolusjonen til byen når de formet kroppene deres, mens de regummierte de største hits når de laget pinneedderkopper, langkjevede edderkopper og anoler? Hva har de tre gruppene til felles?
Gillespie sier at de alle er frittlevende dyr som gjemmer seg for rovdyr om dagen. De må gli inn, men det er bare et begrenset antall bakgrunner som de kan matche. Og siden de bor på øyer, møter de bare et begrenset utvalg av rovdyr, med et smalt utvalg av perseptuelle ferdigheter. Alt dette begrenser deres evolusjonære skjebner.
Anbefalt lesing
Ambika Kamath fra University of California i Santa Barbara bemerker at historien om pinne-edderkopper kan endre seg i fremtiden ettersom nye arter blir beskrevet eller omskrevet. Hastigheten denne strålingen fant sted med kan gjøre klassifiseringen av arter vanskelig, og taksonomien til denne gruppen kan være i sving en stund, sier hun. Når det er sagt, er muligheten for at hele samfunn av disse edderkoppene har utviklet seg konvergent, absolutt spennende og vil gi viktig innsikt i de deterministiske prosessene som former livets mangfold.
Gillespie legger til at det haster med dette arbeidet. I millioner av år har øyer som Hawaii fungert som smeltedigler for evolusjon, og tillatt levende ting å spille av evolusjonens bånd på den måten Gould så for seg. Men på et mye kortere tidsrom har mennesker truet resultatene av disse naturlige eksperimentene. Hawaii-øyene er i store problemer fra invasive arter og miljømessige endringer, sier Gillespie. Og du har alle disse ukjente gruppene av edderkopper – hele slekter av virkelig vakre, karismatiske dyr, hvorav de fleste er ubeskrevne.
