Hoe ontstaan ​​en diversifiëren nieuwe soorten in de natuur? Natuurlijke selectie biedt een verklaring, maar de genetische en omgevingsomstandigheden achter dit mechanisme zijn nog steeds slecht begrepen. Een team onder leiding van Abderrahman Khila van CNRS heeft zojuist ontdekt hoe schaatsenrijders (familie Veliidae) van het geslacht Rhagovelia waaierachtige structuren aan de uiteinden van hun benen ontwikkelden.

Door deze structuren kunnen ze stroomopwaarts tegen de stroom in bewegen, een prestatie die de mogelijkheden van andere schaatsenrijders zonder fans te boven gaat. De onderzoekers identificeerden twee genen, tot nu toe onbekend, die verantwoordelijk zijn voor de vorming van Rhagovelia-beenfans. Hun bevindingen worden gerapporteerd in Wetenschap (20 oktober, 2017).

Rhagovelia behoort tot een groep insecten (Gerromorpha) die bekend staat om hun vermogen om over water te lopen. Waterafstotende haren die hun benen bedekken, maken dit mogelijk. In tegenstelling tot andere Gerromorpha, Rhagovelia zijn gespecialiseerd voor voortbeweging op stromen met sterke stroming met behulp van waaierachtige verlengingen op een tweede paar poten die fungeren als zwemvinnen. Aangezien alleen Rhagovelia deze ventilatoren bezit, ze bieden een ideaal model om te bestuderen hoe nieuwe structuren, of morfologische innovaties, vormen tijdens het evolutieproces.

De wetenschappers wilden eerst weten welke genetische informatie de ontwikkeling van de fans programmeerde. Ze ontdekten twee voorheen onbekende genen in Rhagovelia die tot expressie moeten worden gebracht voordat volledig gevormde fans verschijnen. Wanneer deze genen het zwijgen worden opgelegd, Rhagovelia vormen normale benen, maar ze missen fans. Nader onderzoek wees uit dat een van de twee genen eigenlijk van vroege oorsprong is, zijn geërfd van een voorouderlijk insect. Het andere gen is nieuw, echter, alleen te vinden in Rhagovelia.

De opvallende overeenkomst tussen de twee genen suggereert dat een genetische mutatie aanleiding kan hebben gegeven tot het Rhagovelia-specifieke gen door duplicatie van het voorouderlijke gen. De onderzoekers merkten ook op dat de genen alleen tot expressie komen in cellen aan de uiteinden van de middelste poten. Dit betekent dat de evolutie van fans minstens twee belangrijke genetische gebeurtenissen omvatte:een verdubbeling van een gen om twee kopieën op te leveren in Rhagovelia, en de expressie van deze genen in de cellen die aanleiding geven tot de fans. Omdat deze gevederde extensions doen denken aan de fans van Japanse geisha, het nieuwere gen is geisha genoemd; het voorouderlijke gen wordt moeder-van-geisha genoemd.

Het team van Khila moest vervolgens het doel van deze fans en hun belang voor deze specifieke schaatsenrijders achterhalen. Verrassend genoeg, Rhagovelia beweegt zich snel over stilstaand water met of zonder ventilatoren. Op bewegende wateren, echter, normale Rhagovelia (d.w.z. met ventilatoren) snel en moeiteloos stroomopwaarts lopen, terwijl fanless Rhagovelia geen partij zijn voor de stroom. Echter, Rhagovelia met rudimentaire fans doet half fatsoenlijk werk - beter dan fanless Rhagovelia, maar erger dan individuen met volledig ontwikkelde fans.

Deze bevindingen laten zien dat sommige genetische modificaties kunnen leiden tot het ontstaan ​​van nieuwe structuren die de levensstijl van organismen rechtstreeks beïnvloeden en hen toegang geven tot ecologische niches die voorheen buiten hun bereik lagen.