Wallenberg Scholars

Flugsnapparens gener nyckel till hur nya arter uppstår

Som första enskilda forskargrupp i världen har Hans Ellegrens team kartlagt ett ryggradsdjurs hela DNA-kod. Deras jämförelser av två arter flugsnappare har lett fram till en unik hypotes om hur nya arter kan uppstå från en population. På molekylnivå kan Hans Ellegren nu förklara varför två likartade individer plötsligt inte kan para sig.

Ungefär samtidigt som svenska körer sjunger in våren framför majbrasan, flyttar den svart-vita flugsnapparen hem från sin vintervistelse i Afrika. Deras kvitter fyller skogar över hela Sverige. Men på Öland och Gotland kan den lätt förväxlas med sin öboende släktning, halsbandsflugsnapparen. Det två flugsnapparna skiljer sig marginellt. De sjunger lite olika och öbon har ett vitt band runt halsen, annars är de mest lika.

– De är så lika att de kan korsa sig, men avkomman mår inte så bra och blir mer eller mindre steril. Förmodligen är det bara några 100 000 år sedan arterna skiljde sig åt, säger Hans Ellegren, professor i evolutionsbiologi vid Uppsala universitet.

De senaste åren har han försökt förstå hur det kan komma sig att två så lika arter inte kan para sig. Vad är det som sätter kuggar i hjulen?

Skiljde sig åt under en istid

Han visar en karta på fåglarnas utbredning. Halsbandsflugsnapparen huserar främst i sydöstra Europa, och på Öland och Gotland. Den svartvita flugsnapparen dominerar i nordvästra Europa. I Mellaneuropa möts det två arterna i ett överlappande band. Orsaken till att det finns olika arter flugsnapparna, tror forskarna är att kalla istider har tvingat dem söderut.

– En del hamnade då på den Iberiska halvön, andra i Italien eller på Balkan, säger Hans Ellegren.

De blev geografiskt åtskilda. Under denna tid började flugsnapparna utvecklas åt olika håll. Men ur ett evolutionärt perspektiv var de åtskilda under en ganska kort period. Vad var det som gjorde att de inte längre kunde para sig när värmen smälte isen och fåglarna återigen möttes? Vilka genetiska skillnader spelade roll?

– Kan man identifiera orsaken till varför de har blivit inkompatibla, kan man också förstå hur det från en och samma population kan utvecklas två olika arter, säger Hans Ellegren.

Först i världen med att kartlägga alla gener för ett ryggradsdjur

Med detta som utgångspunkt har hans forskargrupp under två år kartlagt flugsnapparnas hela genetiska kod. Det är ett gigantiskt arbete som blev möjligt tack vare att Hans Ellegren 2009 blev utsedd till Wallenberg Scholar.

– Detta är det första genom för ett ryggradsdjur som en enskild forskargrupp har lyckats kartlägga. Det krävs anslag på den här nivån för att man ska ha en chans att göra något sådant här själv, säger Hans Ellegren.

Jämförelsen mellan de två arterna har gett förvånande men intressanta resultat. Forskarna trodde att de skulle hitta skillnader i en eller ett par av flugsnapparnas 17 000 olika gener. Men det visade sig att alla gener är väldigt lika. Skillnaderna finns i de delar av arvsmassan som ligger mellan generna.

– Skillnaderna ligger framförallt i kromosomernas ändar eller precis i mitten. Dessa delar är viktiga när cellen ska dela på sig, säger Hans Ellegren.

En kromosom brukar ritas som ett X. Kromosomens centrum, där de två armarna möts, kallas centromeren och den håller ihop kromosomerna när nya könsceller ska bildas. Upptäckten har lett fram till en hypotes om hur nya arter kan uppstå, som Hans Ellegren publicerades i tidskriften Nature hösten 2012. Tesen går ut på att arter blir inkompatibla eftersom det går snett vid bildandet av könsceller. När en cell ska dela sig och bli till två könsceller, ligger kromosomerna i cellens mitt. Långa spindelliknande armar, gjorda av proteiner, fäster till centromererna i mitten. När delningen börjar, drar armarna kromosomhalvorna till varsin dottercell. Men hos en korsning mellan till exempel svartvit flugsnappare och halsbandsflugsnappare fungerar troligtvis inte denna process som den ska.

– Om centromererna inte känner igen varandra, kan de inte rada upp sig i cellens mitt. De blir inkompatibla, säger Hans Ellegren.

”Wallenberg Scholars-anslaget har gjort det möjligt för oss att som enskild forskargrupp kunna kartlägga ett helt genom. Tack vare finansieringen har vi kunnat ha en högre ambitionsnivå än tidigare. Detta ger möjligheter till vetenskapliga genombrott.”

Genom olika experiment ska han nu utvärdera denna modell.

Dessutom ska han i samarbete med kollegorna en våning upp på Evolutionsbiologiskt Centrum i Uppsala försöka förstå hur genetiska olikheter kan påverka flugsnapparnas beteenden och framgång i häckningen. Kollegorna arbetar i fält och följer kolonier av flugsnappare på Öland och på Gotland. Både föräldrar och fågelungar ska kartläggas.

– Det långsiktiga målet med den Wallenbergfinansierade forskningen är att förstå den genetiska bakgrunden till egenskaper som är viktiga i naturen. Vi vill förstå hur biologisk mångfald uppkommer och hur man ska förvalta den genetiska variationen, säger Hans Ellegren.

Att studera fåglar i naturen är dock både svårt och tidskrävande. Därför använder de också burfåglar, zebrafinkar som modell. Förhoppningen är att projekten ska korsbefrukta varandra och att en helt ny art av kunskap ska uppkomma.

Text Ann Fernholm
Bild Magnus Bergström