Mitt gresshoppe-Afrika

I dag finnes det over 20000 arter gresshopper i verden, men hvordan de oppstod vet vi lite om. I min masteroppgave fanget jeg gresshopper i Afrika for å finne ut hvordan de ble til.

Fra den minste bakterie til den største blåhval, den tregeste skilpadde til den mest spretne gresshoppe: I verden i dag finnes det over en million beskrevne arter. Mangfoldet er utrolig, og det finnes utallige tilpasninger til de ulike levevis. Men hvordan endte vi opp med det artsmangfoldet vi har i dag? Hvordan blir nye arter til? I min masteroppgave studerte jeg artsdannelse hos det man trodde var en gruppe ulike gresshoppearter. Mange av gresshoppene vi kjenner i dag ble beskrevet for over 100 år siden uten hjelp av molekylære metoder. De har nesten ikke vært forsket på før, og verden har fremdeles mye å lære om våre spretne venner.

Når en blir to

Hvordan nye arter dannes er et av temaene innenfor biologien det forskes mye på. Det er mange faktorer som spiller inn og som avgjør om en populasjon av arter splittes i flere arter eller forblir en. Dette er særlig mye diskutert hos arter som ser ut til å ha oppstått på samme geografiske sted ved såkalt sympatrisk artsdannelse. Det er nemlig vanskelig selv for de dyktigste biologer å forstå hvordan en art kan splittes i flere til tross for at alle har lik mulighet til å få barn med alle andre i populasjonen, og alle er tilpasset samme miljø. Den andre hovedtypen artsdannelse er mye lettere å fatte: allopatrisk artsdannelse er rett og slett at en populasjon deles i to eller flere av et geografisk skille, for eksempel en elv eller et fjellområde, slik at de nye subpopulasjonene ikke lenger har mulighet til å få barn med medlemmene av de andre subpopulasjonene. Det som skjer da er at de ulike subpopulasjonene begynner å endre seg i ulike retninger ved hjelp av tilfeldige mutasjoner og tilpasninger til deres lokalmiljø. Til slutt vil subpopulasjonene ha blitt så ulike at skulle den geografiske barrieren forsvinne ville de ikke klare å få barn med hverandre selv om de skulle ville prøve. Da har de blitt til nye, ulike arter.

Tanzanias fjellgresshopper

Så hva med disse gresshoppene mine? I Afrika lever det noen gresshopper i skogbeltet i de Østafrikanske fjellene, og ingen av dem kan fly. Alle fjellskogene er isolert fra hverandre med tørt savannelandskap i mellom, så man regnet med at det var umulig for gresshoppene å treffe på gresshopper fra andre fjell. Av denne grunn regnet man også med at de måtte være ulike arter, selv om mange av dem ser helt like ut. I felt la jeg også merke til en populasjon på Mt. Meru i Tanzania som så annerledes ut enn de andre gresshoppene på dette fjellet selv om de er beskrevet som samme art. Jeg var veldig spent på å se om denne forskjellen også ville vise seg når jeg analyserte DNA-et deres. Foreløpig har altså disse artene blitt beskrevet basert på utseende og geografi, og veldig få DNA-analyser har blitt gjort.

Ikke helt rett fram

Det som kompliserer denne saken noe er at Øst-Afrika har endret utseende oppgjennom de siste millioner av år. I perioder hvor klimaet har vært våtere, har skogbeltet trukket seg ned fra fjellene og knyttet hele området sammen, noe som har muliggjort blanding av de ulike populasjonene i disse periodene. Siste våte periode endte ved slutten av forrige istid, for ca 1 million år siden.

Hovedmålet med oppgaven min var derfor å finne ut om det hadde skjedd en rekke artsdannelser som følge av de klimatiske endringene – altså om savannebarrieren som oppstod forårsaket allopatriske artsdannelser. Mitt andre mål var å teste om den nåværende inndelingen av arter stemmer overens med det bildet DNA-et deres viser. Et tredje mål var å sjekke om arter tilpasset lignende miljøer var mest i slekt med hverandre eller om det er tilfeldig hvem som har tilpasset seg de ulike miljøene.

Fra Afrika til labben på Blindern

Det aller beste med oppgaven min var at den inkluderte en fantastisk tur til Tanzania og Kenya. I Moshi, en by ved foten av Mt. Kilimanjaro møtte jeg det trivelige, tyske ekteparet Hemp (ja, de heter faktisk det) som begge jobber med biologisk forskning i dette området. Sammen fartet vi opp og ned mange av fjellene i både Tanzania og Kenya og fanget gresshopper fra de aktuelle artene. Det var koselig arbeid med lange skogturer etterfulgt av avslappet saumfaring av gresslettene der vi med solen i nakken fanget de søte, små hopperne med hendene. Vi fikk også se mange andre spennende organismer, og maten var fortreffelig! Med sekken full av døde gresshopper måtte jeg dessverre vende nesa hjemover etter bare 4 uker i Afrika. Moroa stoppet heldigvis ikke der, for labarbeidet som fulgte var også ganske gøy i grunn. Jeg fikk bruke en helt ekte robot til å trekke de korrekte delene av DNA-et ut av gresshoppene, og jeg fikk bruke tøff labfrakk.

Etter noen måneder på labben hadde jeg endelig lange DNA-sekvenser fra alle gresshoppene mine og kunne begynne å analysere det for å svare på spørsmålene i oppgaven min. Til dette brukte jeg mange ulike biologiske dataprogrammer som hjalp meg å finne ut av slektskapet mellom alle individene og hvor lenge siden de splittet fra hverandre.

Gresshoppenes familietrær

Da DNA-et var funnet, var det på tide og se på hvordan gresshoppene mine slektet på hverandre.  Til det fikk jeg hjelp av et hendig dataprogram. Slektstrærne som dataprogrammet produserte viste at alle gresshoppeartene var veldig like genetisk, men det klarte å vise noen spennende ting:

1)     En art som lever i Taitafjellene (og ble derfor kalt P.teitensis) var helt klart samme art som den som lever på Mt. Meru og Kilimanjaro (P.meruensis).

2)     På Kilimanjaro fantes det to populasjoner av samme art, den ene på siden som er nærmest Mt. Meru og den andre på siden som er nærmest Taitafjellene. Disse populasjonene var likere populasjonen på nabofjellet enn hverandre.

3)     Den populasjonen på Mt. Meru som jeg hadde lagt merke til at så annerledes ut enn de andre på fjellet skilte seg også noe ut i DNA-sekvensen og var likere populasjonen på Mt. Kilimanjaro enn de andre på fjellet.

4)     De artene som okkuperte lignende miljøer (for eksempel et kaldere klima høyt oppe i skogbeltet nær den alpine sonen) var genetisk likere hverandre enn de var arter på samme fjell, men i andre miljøer.

Programmet regnet også ut hvor lenge siden gruppene skilte lag, og det  viste seg at det i stor grad hadde skjedd for ca 1.million år siden, noe som var forventet. Men det viste seg også at noen grupper hadde skilt lag mye nyligere. Utskuddet på Mt. Meru og den nærmeste populasjonen på Mt. Kilimanjaro hadde skilt lag for bare 50.000 – 60.000 år siden, for eksempel. Dette må bety at de har klart å overkomme savannebarrieren!

Klima har skylda

Så, for å svare på hovedspørsmålene mine: ja, det skjedde genetiske endringer etter de klimatiske forandringene, men det kan diskuteres om det har skjedd artsdannelser ennå. Det ser også ut til at barrieren ikke har vært absolutt, og det er ikke slik at alle som lever på samme fjell dermed er samme art. Noen populasjoner er likere populasjoner på andre fjell.

Det nåværende inndelingen av arter ser ikke ut til å stemme. For mange arter er beskrevet!

Og tilpasning til samme miljø ser ut til å skyldes felles opphav – en populasjon tilpasset til sub-alpin sone har spredt seg til flere ulike fjell og lever der i hver sin sub-alpine sone. Det kan også tenkes at utskuddpopulasjonen på Mt. Meru og den liknende populasjonen på Mt. Kilimanjaro er tilpasset samme miljø. Begge disse populasjonene fantes ganske lavt nede på fjellet og det kan hende det er en miljøforskjell der fra litt høyere opp på fjellene som bare ikke jeg kan se. Det at utskuddpopulasjonen har begynt å se annerledes ut enn de andre på fjellet kan bety at den er på vei til å bli en egen art, og at det nå oppstår endringer som hindrer parringer mellom populasjonene.

Ny arter på vei?

Det er fremdeles mye forskning som gjenstår før vi fullt ut forstår disse gresshoppene og dette systemet. Flere gresshopper burde samles, fra mange flere populasjoner og man kunne inkludere andre trekk i tillegg til DNA, f.eks de ulike greshoppenes sanger for å tiltrekke seg partnere, for å best bestemme hvem som er ulike arter eller på vei til å bli det.

Vil du lese mer om artsdannelse? Les tidligere blogginnlegg her: En pluss en er lik tre: http://masterbloggen.no/blog/2011/09/22/en-pluss-en-er-lik-tre/
  • Cran-Mama

    Så koselig! Fine bilder, morsomt skrevet. Fantastisk flott
    populærvitenskapelig artikkel :)

  • Gacky

    Veldig spennende masterberetning:D

  • Line

    Hei! Spennende.
    Men slutten av forrige istid, er det for 1 million år siden? Jeg trodde den siste isttiden var over for ca. 10 000 år siden.