Evolution in the Dark: Adaptation of Drosophila in the Laboratory

اینکه چگونه ارگانیسم‌ها ویژگی‌های تطبیقی ​​پیدا می‌کنند، یک سؤال اساسی برای زیست‌شناسی تکاملی است. اگرچه نشان دادن تکامل در آزمایشگاه تقریباً غیرممکن است، اما می توان با استفاده از یک ارگانیسم غیرمعمول، "مگس تاریک" به این موضوع نزدیک شد: Drosophila melanogaster به مدت 57 سال تا 1400 نسل در تاریکی کامل نگهداری می شود. از نظر نسل انسان با 28000 سال مطابقت دارد. آیا دارک فلای با محیط تاریکی کامل سازگار شده است؟ اگر چنین است، ماهیت مولکولی سازگاری چیست؟ در تکامل در تاریکی، یافته‌های قابل‌توجهی از پروژه پرواز تاریکی که در دانشگاه کیوتو انجام شد، ارائه شده است. مشخص شد که دارک فلای بینایی ضعیفی ندارد، بلکه توانایی فوتوتاکسی بالاتری از خود نشان می‌دهد و موهای بلندتری روی سر نشان می‌دهد که به عنوان گیرنده‌های لمسی عمل می‌کنند. ریتم‌های شبانه‌روزی ضعیف شدند، اما همچنان در Dark-fly حفظ شدند. با پیشرفت های اخیر در علم ژنوم که محققان را قادر می سازد توالی یابی کل ژنوم را برای دارک فلای انجام دهند، تعداد زیادی جهش از جمله ژن های کد کننده گیرنده نور، گیرنده های بویایی و آنزیم های دخیل در رشد عصبی شناسایی شدند. پروژه پرواز تاریکی یک آزمایش ساده اما بسیار طولانی مدت است. همراه با تکنیک های پیشرفته در ژنتیک و ژنومیک، ابزار ارزشمندی برای درک ماهیت مولکولی تکامل تطبیقی ​​است.

How organisms come to possess adaptive traits is a fundamental question for evolutionary biology. Although it is almost impossible to demonstrate evolution in the laboratory, this issue can be approached by using an unusual organism, “Dark-fly”: Drosophila melanogaster kept in complete darkness for 57 years through 1,400 generations, which corresponds to 28,000 years in terms of human generations. Has Dark-fly adapted to an environment of total darkness? If so, what is the molecular nature of the adaptation? In Evolution in the Dark, the remarkable findings from the Dark-fly project performed at Kyoto University are presented. It was found that Dark-fly did not have poor eyesight, but rather exhibited higher phototaxis ability and displayed lengthened bristles on the head that function as tactile receptors. Circadian rhythms were weakened but still retained in Dark-fly. With recent progress in genome science enabling researchers to perform whole genome sequencing for Dark-fly, a large number of mutations were identified including genes encoding a light receptor, olfactory receptors, and enzymes involved in neural development. The Dark-fly project is a simple but very long-term experiment. Combined with advanced techniques in genetics and genomics, it is a valuable tool for understanding the molecular nature of adaptive evolution.