Hon tar genvägen till nya evolutionsrön

Hur går det till när en ny art uppstår? Varför blir det problem när arvsmassan från olika arter kombineras? Vid institutionen för ekologi och genetik kartlägger professor Anna Qvarnström och hennes kollegor miljoner år av artbildning med hjälp av modern genteknik.

Frågan hur nya arter bildas har sysselsatt evolutionsbiologer sedan 1800-talets början. Genetikens genombrott på 1900-talet lade grunden för en djupare förståelse för artbildningsprocessen. Med hjälp av modellsystem kunde forskarna studera miljoner år av utveckling hos växter, sjukdomar och djur. Vid Evolutionsbiologiskt centrum i Uppsala kartläggs sedan 80-talet flugsnapparens evolution.

– Det som är speciellt med flugsnappare är att vi kan studera väldigt många pusselbitar i samma artpar, säger Anna Qvarnström. Dels kan vi undersöka hur fåglarna beter sig och samverkar i naturen och ta reda på hur ekologiska aspekter som variation i klimat påverkar dem. Dessutom kan vi fastställa vilka gener som ligger till grund för olika miljöanpassningar hos närbesläktade flugsnappararter, exempelvis skillnader i ämnesomsättning och andra fysiologiska karaktärer.

– Slutligen kan vi undersöka ifall det är skillnader i gener som ligger till grund för olika anpassningar som gör att arterna inte längre kan korsa sig med varandra eller om det är andra gener i arvsmassan som spelar en större roll för artbildningsprocessen.

De rika lövskogarna på Öland är ett av få områden där både halsbandsflugsnapparen och dess nära släkting svartvit flugsnappare häckar. Ofta återvänder de till samma skogsdungar och holkar år efter år vilket gör de tacksamma att studera. Sedan 2001 åker också Anna Qvarnströms grupp dit varje vår för att samla in data och ringmärka fåglarna.

– Flugsnapparna kommer gärna tillbaka till samma häckningsplats. På så sätt kan vi följa dem genom hela livet, och till och med över generationer vilket gör att vi kan konstruera släktträd och studera nedärvning av olika karaktärsdrag.

En annan viktig uppgift är att samla in information om vilka egenskaper som gör häckningen framgångsrik under olika miljöförhållanden.

– Vi kan till exempel undersöka om fågelindivider med vissa karaktärsdrag klarar pågående klimatförändringar bättre än andra individer. Eftersom de två arterna ibland korsar sig över artgränsen, så kallad hybridisering, kan vi studera artbildning under naturliga förhållanden. Fast hybrider mellan halsbandsflugsnappare och svartvit flugsnappare är antingen sterila eller har starkt nedsatt fertilitet.

Arterna har alltså utvecklats åt så skilda håll att deras respektive arvsmassor inte längre fungerar bra tillsammans i hybrider. För att undersöka vilka gener som ställer till problem för hybriderna tar forskarna hjälp av molekylärgenetiken.

– De blodprover vi tar från flugsnapparna skickas till SciLifeLab i Uppsala. Där utvinns den genetiska kod som finns lagrad i DNA-molekylerna och med hjälp bioinformatiker kan vi göra spännande djupdykningar i varje flugsnappares ärftliga information.

Utvecklingen inom modern genteknik bidrar till att samla forskare från olika områden, något som enligt Anna Qvarnström har stor potential att kunna knyta ihop de olika delarna av biologin. Mängden data kräver idag mer omfattande samarbeten och utåtriktad verksamhet än när hon själv var doktorand.

– Vi samarbetar med molekylärgenetiker men även grupper som är mer inriktade på fysiologi. För att kunna sammanställa alla pusselbitarna så måste man ha tillgång till ganska stor och bred kompetens.

Redan när Anna Qvarnström disputerade i sexuell selektion och livshistorieevolution vid Uppsala universitet 1998 fascinerades hon av halsbandsflugsnapparen. Att hon kom in på forskningsbanan var från början en slump; hon planerade att bli vetenskapsjournalist men projektarbetet i zooekologi var helt enkelt för spännande.

– Det var ett så roligt sätt att jobba på, att själv ta reda på information och klura på hur man kan lägga upp experiment för att få veta saker och ting. Jag blev nyfiken på att utforska hur det fungerar i naturen.

Stämningen på den zoologiska avdelningen gjorde sitt till enligt Anna Qvarnström, liksom de varierande arbetsuppgifterna: vara ute och jobba i fält, sammanställa och analysera resultat, presentera dem för andra forskare.

Vad hoppas du mest av allt få svar på?

– Jag är väldigt fascinerad av att artbildning sker i olika hastighet i olika delar av arvsmassan. Varför är vissa delar av arvsmassan hos två närbesläktade arter som halsbandsflugsnappare och svart-vit flugsnappare olika medan andra delar inte är det? Vilka olikheter gör dem oförenliga?

– Det skulle vara väldigt spännande att få svar på om det finns en koppling mellan arternas genetiska oförenlighet och deras anpassning till olika klimat, eller om andra evolutionära processer driver deras artbildning. Men de svaren ligger nog rätt långt fram i tiden.

Anneli Björkman
2015-08-24