Forskning

”Supergen” orsakar skillnader i parningsbeteende hos brushanar

2015-11-16

”Independent” brushane under leken med färggrann fjäderkrage och huvudtofsar.

Brushanen är en vadarfågel med ett spektakulärt spel under våren där vackert utsmyckade hanar tävlar om brushonornas gunst. Men det finns olika typer av brushanar med olika uppvaktningsstrategier. Idag publiceras samtidigt två studier som visar att de som skiljer dem åt är en specifik kromosomförändring, som uppstod för cirka fyra miljoner år sedan.

Studierna publiceras idag i den ansedda vetenskapliga tidskriften Nature Genetics, den ena ledd från Uppsala universitet.

Det finns tre olika sorters brushanar som beter sig helt olika under leken. ”Independents” har färggranna fjäderkragar och huvudtofsar (se bild) och försvarar revir på spelplatsen, bokstavligen med näbbar och klor. ”Satelliter” är något mindre än Independents, har nästan alltid vit krage och huvudtofs och försvarar inte revir. ”Faeders” ser ut som honor, saknar kragar och tofsar, är tydligt mindre än andra hanar och försvarar inte revir.

Independents och Satelliter genomför ett märkligt skådespel under spelet där Satelliterna tillåter Independents att dominera (se bild).

- Bägge typerna av hanar tjänar på detta eftersom beteendet lockar till sig honor som är redo att para sig. Faeders får också möjlighet att para sig när andra typer av hanar är upptagna med att slåss eller interagera på annat sätt, förklarar Fredrik Widemo som disputerade på brushanarnas spelbeteenden 1995.

Tidigare studier har visat att dessa dramatiska skillnader i beteende, storlek och utseende är under strikt genetisk kontroll och bestäms av ett enskilt lokus (en specifik plats på en kromosom). Hur är det möjligt att så komplexa skillnader mellan individer kan ha en så enkel genetisk bakgrund? För att bringa klarhet i detta har forskarna kartlagt hela arvsmassan hos de tre olika typerna av brushanar.

- Vi upptäckte att både Satelliter och Faeders bär på en så kallad ”supergen” som inte är en gen med superegenskaper, utan ett kromosomsegment omfattande cirka 90 gener som hålls samman av en så kallad kromosominversion och där det inte sker något genetiskt utbyte mellan de kromosomvarianterna, förklarar Jacob Höglund som studerat brushanens ekologi och evolution under många år.

Skillnaden i DNA-sekvens mellan de olika kromosomvarianterna är så hög som 1.4 procent, vilket är högre än den genomsnittliga skillnaden mellan människans och schimpansens kromosomer. Detta innebär att denna inversion måste ha uppkommit hos brushanen redan för cirka fyra miljoner år sedan.

- Det står nu helt klart att Satellit och Faeder har utvecklats under miljontals år genom en evolutionär process som omfattar många genetiska förändringar i olika gener inom denna ”supergen”, förklarar Leif Andersson som har lett studien.

”Supergenen” innehåller bland annat fem gener som påverkar metabolismen av steroidhormoner. Enligt forskarna är det särskilt intressant att man ser en tydlig anrikning av genetiska förändringar kring HSD17B2-genen som kodar för ett enzym som omvandlar aktivt testosteron till en mer inaktiv form

- Det är en tydlig skillnad i nivån av testosteron mellan Independents å ena sidan och Satelliter och Faeders på den andra och vi tror att detta är förklaringen, säger Jacob Höglund.

Det finns många exempel på samband mellan beteende och variation i färgteckning hos djur men det är sällan orsakssambanden blivit klarlagda. Denna studie ger nu en rimlig förklaring varför satelliterna både har förändrat beteende och nästan alltid vita kragar och huvudtofsar.

- Det beror helt enkelt på att ”supergenen” innehåller både gener som påverkar metabolismen av könshormoner som HSD17B2 och en gen (MC1R) med en central roll för färgteckningen. Eftersom det inte sker något genetiskt utbyte mellan Independents och Satelliter i denna region så hänger egenskaperna alltid ihop, förklarar Leif Andersson.

Varför har denna otroligt fascinerande biologiska mångfald utvecklats bland brushanar?

- Att slåss för att försvara revir och få tillgång till honor är både farligt och kräver mycket energi. Detta beteende skapade en möjlighet för evolutionen av alternativa parningsstrategier där hanar inte spenderar energi på att etablera och försvara revir utan får tillgång till honor på det sätt som Satelliter och Faeders gör, förklarar Fredrik Widemo.

- Vi tror att denna evolutionära process startade för ungefär 4 miljoner år sedan när inversionen uppkom och att inversionen i sig förändrade regleringen av en eller flera gener som påverkar metabolismen av könshormon. Detta gav upphov till en primitiv form av Satellit/Faeder som sedan har utvecklats steg för steg när nya fördelaktiga mutationer för de alternativa strategierna uppkommit, avslutar Leif Andersson.

En video som illustrerar hur independents, satelliter och faeders beter sig under brushane-spelet finns tillgänglig på hemsidan för Science for Life Laboratory (http://www.scilifelab.se/research/scientific-highlights/ruff). Videoklippet baseras på en film inspelad i Karesuando av NHK, Japanese Broadcasting Company.