Att två eller flera distinkta varianter av samma art existerar på samma gång har förbryllat biologer i mer än ett sekel. Evolutionsteorin säger att det naturliga urvalet borde välja bort alla varianter utom den bäst anpassade. Ny forskning visar att variationer inom en art kan vara till fördel för individer och även för hela populationer genom att erbjuda skydd mot rovdjur.
Text : Marcus Prest
I EN ARTIKEL i tidskriften Scientific Reports redogör Sami Merilaita, docent i biologi vid ämnet miljö- och marinbiologi vid Åbo Akademi tillsammans med doktor Einat Karpestam och professor Anders Forsman från Linnéuniversitetet för experiment som visar hur färgpolymorfism kan skydda arten mot rovdjur. Experimentet handlar om gräshoppor men för Merilaitas har vägen till artikeln i Scientific Reports varit lång:
– Jag jobbade redan under mitt doktorsarbete med ett litet marint kräftdjur med det inte alltför smickrande namnet ”tånglus”. Det är ett par centimeter långt djur som lever på tång. Det som är intressant med varelsen är att den är färgpolymorf, det betyder att individerna varierar i utseende i färg och mönster, säger Merilaita.
Tånglus (Idotea baltica), vanligt förekommande i Östersjön. Foto: Wikipedia commons.
– När jag satte igång ville jag förstå varför det fanns olika varianter av samma art. Här kanske det borde sägas att man med polymorfi syftar på variation som inte är kontiunerlig, längd är till exempel en kontiunerlig variation.
Biodiversitet är en aktuell ekologisk fråga. Inom naturskyddet försöker man bevara biodiversitet vilket då ofta betyder artrikedom. Det som ligger inom Sami Merilaitas område handlar om diversiteten inom en och samma art – det vill säga mångfald inom en art.
Variationer inom arten har det enligt den evolutionsbiologisk teori ingen enkel förklaring: det naturliga urvalet borde se till att den variant av en art som klarar sig bäst blir allmän medan de varianter som inte klarar sig lika bra med tiden borde minska i antal och till slut försvinna – naturen borde alltså till slut ge upphov till monomorfism. Men det finns många arter som uppvisar polymorfism, det vill säga arten existerar i många skepnader – det här är ett faktum som förbryllat biologer i över ett sekel. Ett sätt på vilket polymorfism visar sig är färgpolymorfism.
– Evolutionsbiologiskt är färgvariationerna intressanta. Om det finns ett naturlig urval borde vi förvänta oss att endast den färg som ur överlevnadsaspekt är bäst finns kvar. Men då det finns polymorfi – varför har de andra arterna inte försvunnit?
Evolutionsbiologisk teori säger att alla egenskaper som formats genom ett naturligt urval har en funktion. Så är det också med kroppsfärgerna hos djur. Kroppsfärgen kan ha en fysiologisk uppgift, såsom termoreglering (temperaturreglering) och UV-skydd, färgen kan fungera som kommunikation i form av varningssignaler och sexuella signaler, eller som tredje möjlighet kan kroppsfärgen ha en kamouflageuppgift.
– Då jag började studera tånglusen och dess färgpolymorfi insåg jag snart att jag borde förstå nyttan av varje färgvariant och varför just den varianten finns. Jag förstod snabbt att färgvariationerna hos tånglusen handlar om kamouflage. Det gjorde att jag hamnade in på kamouflage som forskningsområde, jag ville förstå mig på vad kamouflage är.
– Det finns olika sorters kamouflage. Det enklaste är att djuret har en färg eller ett färgmönster som låter det smälta in i bakgrunden – djuret har ett mönster som imiterar mönstret i dess bakgrund.
– Ett annat kamouflage är ett som utnyttjar ett formupplösande mönster, ett mönster som gör det svårt att att känna igen djurets kroppsform bland alla former i omgivningen.
Hos tånglusen finns båda varianterna. Hos vissa färgmorfer handlar det om att smälta in i bakgrunden, men det finns också morfer som dessutom har ett formupplösande mönster. De flesta habitat (området där djuret lever) är dock visuellt varierade. En fråga vad gäller kamouflage är då vilken färgteckning som är effektivast? Ett svar är det mönster som gör att djuret så bra som möjligt smälter in i någon specifik del av habitatet (det smälter in i ett mikrohabitat) .
– Forskning visar att en kompromiss som inte smälter in perfekt i någon del av habitatet, men istället smälter in måttligt bra i de flesta delar av habitatet, ibland är den bästa lösningen ur överlevnadssynpunkt. Andra gånger är specialisten den bästa lösningen.
– Det här blir alltså ett delsvar på varför det finns polymorfi: på grund av den visuella variationen i omgivningen kan det naturliga urvalet gynna olika morfer i olika delar av habitatet. Men det är bara ett delsvar eftersom man kunde tänka sig att i ett visuellt varierande habitat med olika typer av fläckar med specifika färgmönster skulle hitta en specialist för varje fläck. Och sedan skulle den variant som motsvarar de mest frekvent förekommande typerna av fläckar föröka sig mest för att så småningom ta över helt och hållet.
– Det jag tittade på i tånglössen var visuella variationer inom populationerna och variationer mellan populationerna – i vissa populationer gynnas en variant och i andra en annan. I min forskning visade jag att det finns någonting som kallas för ”genflöde” mellan de olika populationerna, det vill säga individer som rör sig mellan populationer, det kallas också ”migration”.
Ur detta menar Merilaita att man kan hitta två faktorer som leder till att polymorfismen upprätthålls: naturlig selektivism som gallrar bort olika varianter i olika populationer eftersom habitatens visuella egenskaper skiljer sig från varandra. Genflödet leder i sin tur till att varje population inte består endast av den varianten som gynnas i habitatet, utan att det också förekommer varianter som härstammar från andra populationer.
– Och det är samtidigt mer komplicerat än så här, i själva verket är det en röra. Det finns till exempel skillnader mellan könen, frekvensen av förekomst av olika varianter, olika beteenden skiljer sig åt mellan hannar och honor.
Bilder på fem olika pygmegräshoppor (Tetrix subulata) av olika färgmorfer inklippta och markerade i ett terrängfoto. Bilden är en av de bilder som användes i experiment, men i experimentet saknades markeringarna. Bild: Einat Karpestam.
Men i artikeln i Scientific Reports gällde undersökningen gräshoppor och inte tånglöss.
– I den aktuella artikeln om gräshopporna försökte vi göra motsvarande undersökning på varför det förekommer färgpolymorfi bland gräshopporna. Vi gjorde det med en evolutionssimulering.
Hur gör man en sådan?
– Man använder mjukvara eller andra sätt att simulera de centrala evolutiva processerna – man försöker sätta fingret på det som är viktigt i det biologiska systemet som man studerar. I vårt experiment ville vi undersöka predationsrisken – det vill säga vilken variant som oftast blir bytesdjur. Också här handlar de olika variationerna om färgpolymorfi. Om predatorerna oftast anfaller byten av den vanligast förekommande varianten – då borde det leda till att den varianten blir mindre vanlig med tiden.
Då borde man också kunna se cykler i hur den vanligaste blir jagad så att den blir ovanlig och så blir en ny variant vanligare istället och så vidare. Samtidigt borde de mindre vanliga varianterna ha mindre chans att stöta på rovdjur och därför skulle polymorfin upprätthållas. Det här kallas ”frekvensberoende urval”: den vanligaste varianten drabbas av hårdare predationstryck än de mindre vanliga varianterna.
– Men varför skulle predatorena göra så här? Den idé som mest diskuterats är något som heter ”sökbild”.
Sökbild betyder i det här sammanhanget de egenskaper på ett byte som rovdjuret koncentrerar sig på för att finna det. Om bytet generellt sett är svårt att upptäcka, och om det finns flera varianter av bytet kan det löna sig att allokera all uppmärksamhet på en variant.
– Då blir man mer effektiv eftersom det blir mera sannolikt att rovdjuret kan upptäcka flera individer av samma variant. ”Allokering av uppmärksamhet” är relevant eftersom rovdjuren, liksom också människor, har en begränsad kapacitet att processa information. Det här är ett faktum som har visat sig i experiment både på djur och människor. Det handlar inte nödvändigtvis om ett medvetet val, men i experiment har det visat sig att predatorer formar sin sökbild på den vanligaste varianten. Och teorin är att de skiftar sin uppmärksamhet när den vanliga blir mindre vanlig.
Verkar det här stämma?
– Ja. Det finns mätbara skillnader i upptäcktssannolikheten för olika varianter.
Man har gjort experiment med tränade fåglar: Man presenterar fåglarna virtuella byten och fåglarna väljer ut saker på pekskärmar – när de pickar på en viss sak får de en belöning om det finns ett byte där.
– Jag har själv varit lite skeptisk till dessa experiment. Man har använt några få individer ur vilka man har generaliserat fram vad som händer i en hel population. Det man ska komma ihåg: ur det som man tror att händer i huvudet på en individ – därifrån är det väldigt många steg till vad som händer med en hel population.
– Hur som helst har tanken varit att färgpolymorfi beror på sökbildsbeteende hos predatorerna. I vår artikel vänder vi på det: vi tänker att polymorfi är en egenskap som gör nytta. Och polymorfi är inte en individs egenskap utan en populations egenskap.
Frågorna Merilaita med Karpestam och Forsman ställer är: Har en individ som lever i en polymorf population bättre chans att överleva än en individ i en monomorf population? Och klarar sig polymorfa populationer totalt sett bättre än monomorfa populationer?
– Svaret är ja på båda frågorna.
I experimentet deltog 70 personer som söker gräshoppor på en dataskärm med mer än 3300 bilder på gräshoppor för att simulera predationstryck orsakade av predatorer som visuellt söker sitt byte. Överlag behövde personerna mer tid för att upptäcka gräshoppor på en bild där gräshopporna representerades av polymorfa populationer. Dessutom upptäckte försökspersonerna färre gräshoppor totalt då det fanns gräshoppor av flera färgvarianter på samma bild.
– Experimentet ger en fingervisning om varför färgpolymorfism är så vanligt förekommande i naturen.