Verschillende soorten schoppenpadden benaderen metamorfose anders, en het is allemaal te danken aan de vijver waarin ze opgroeiden, volgens een team van onderzoekers, waaronder een wetenschapper van de Universiteit van Michigan.

De onderzoekers ontdekten dat sommige soorten de timing van hun metamorfose kunnen reguleren door de hormoonproductie te reguleren. terwijl de timing van andere soorten vast ligt.

hun studie, gepubliceerd in Natuurcommunicatie , is een van de eersten die een mechanisme biedt - in dit geval de verschillen in de manier waarop metamorfose wordt gecontroleerd door hormonen in verschillende soorten schoppenpadden - die ten grondslag liggen aan een theorie die genetische accommodatie wordt genoemd. De theorie werd meer dan 15 jaar geleden geïntroduceerd door Mary Jane West-Eberhard, een evolutiebioloog die al haar diploma's aan de U-M heeft behaald, zegt studie auteur Robert Denver, een UM ontwikkelingsneuro-endocrinoloog.

In deze theorie wanneer organismen van welke aard dan ook - microben, planten of dieren - ervaren veranderingen in hun omgeving, overuren, dat organisme zijn fenotype kan veranderen, of zijn fysieke kenmerken, die zich ontwikkelen in reactie op zijn omgeving. West-Eberhard suggereerde dat verschillen tussen soorten en nieuwe fenotypen kunnen ontstaan ​​door de verandering van hun voorouderlijke fenotype. Deze veranderingen worden dan gefixeerd door het proces van genetische accommodatie.

"Om dit te laten werken, de voorouders moeten het vermogen hebben gehad om een ​​reeks fenotypes tot uitdrukking te brengen in reactie op verschillende omgevingen, een proces dat bekend staat als fenotypische plasticiteit of ontwikkelingsplasticiteit." zei Denver, hoogleraar en voorzitter van de afdeling moleculaire, Cellulaire en ontwikkelingsbiologie.

Bijvoorbeeld, de manier waarop mensen eruitzien, kan variëren, afhankelijk van hun dieet, spanning, of een aantal andere factoren.

"We hebben allemaal een genotype, of genen, die code voor eiwitten die uiteindelijk bepalen hoe we eruit zien en wat de capaciteit is voor onze groei. Maar daarbinnen, er is een reeks lichaamsmaten die kan worden bereikt op basis van de omgeving, " zei Deventer, die ook hoogleraar ecologie en evolutionaire biologie is. "Naarmate de milieuwaarden naar de extremen verschuiven, natuurlijke selectie kan fenotypes begunstigen die beter in staat zijn om in de nieuwe omgeving te leven."

In de padden die Denver bestudeerde, de sleutel was of de watervijvers waarin de kikkervisjes uitkwamen permanent of van korte duur waren.

De onderzoekers ontdekten dat de soort schoppenpad die in semi-permanente vijvers leeft, hun eigen metamorfose kan veroorzaken wanneer ze voelen dat hun vijver opdroogt. De activering van hun schildklieren spoort metamorfose aan, net als bij mensen, maar de padden activeren ook hun bijnieren. Dit produceert een stresshormoon dat de metamorfose versnelt, waardoor het kikkervisje uit de droogvijver kan ontsnappen en als een juveniele volwassene naar het land kan gaan.

Andere soorten schoppenpadden broeden in kortstondige poelen, bijvoorbeeld plassen water in de woestijn van Arizona die maar een paar dagen bestaan. Deze soorten hebben een zeer korte ontwikkelingsperiode die niet kan worden veranderd door de omgeving waarin ze leven.

De kortere larvale periode van de schoppenpadden die in de kortstondige poelen broeden, heeft ook invloed op hun grootte als volwassenen. De schoppenpadden die in semi-permanente vijvers broeden, zijn ongeveer zo groot als een halve dollar wanneer ze metamorfoseren, terwijl de andere soort ongeveer zo groot is als een dubbeltje, zei Deventer.

Denver zegt dat de gemeenschappelijke voorouder van schoppenpadden hoogstwaarschijnlijk in staat was de timing van zijn metamorfose te moduleren, maar toen sommige schoppenpadden in extreem moeilijke omstandigheden begonnen te leven, droge omgevingen, ze verschoven hun ontwikkelingsperiode naar een zeer korte, een vaste.

"Hun voorouders hadden waarschijnlijk het vermogen om in de loop van de tijd te metamorfoseren, bijvoorbeeld van twee weken tot drie maanden of meer, ' zei Denver. 'Maar na verloop van tijd, ofwel werd hun leefgebied veel droger, of ze zijn toevallig in deze droge omgevingen terechtgekomen, en de individuen die daar overleefden waren degenen die deze zeer korte ontwikkelingsperiode hadden."

In de drogere omgevingen, natuurlijke selectie bevoordeelde de individuele padden met een zeer snelle ontwikkeling, maar miste het vermogen om hun ontwikkelingssnelheid te variëren in reactie op hun omgeving. In plaats daarvan, hun endocriene systemen zijn veel eerder in ontwikkeling actief, en hun weefsels werden veel gevoeliger voor het hormonale signaal.

"Onze studie is een van de weinige voorbeelden van een fysiologisch/ontwikkelingsmechanisme dat ten grondslag ligt aan genetische accommodatie, ' zei Deventer.

Denver voerde het onderzoek uit met co-auteurs Saurabh Kulkarni en Daniel Buchholz in de afdeling biologische wetenschappen van de Universiteit van Cincinnati, en Ivan Gomez-Mestre in het Doñana Biologische Station in Spanje.