Hvis du har børn i dit liv, så forestil dig et øjeblik, at de ikke ligner deres forældre, de spiser ikke noget, mennesker norm alt spiser, og de er kun aktive, mens voksne sover.
Selvom det måske lyder som en idé fra et surrealistisk fiktionsværk, er det faktisk normen snarere end undtagelsen i dyreriget. De fleste dyr gennemgår, hvad biologer kalder en kompleks livscyklus, der starter som larver, der ofte har lidt, hvis noget, til fælles med deres forældre.
For at blive voksne skal de igennem en proces kendt som metamorfose, som er en af naturens mest bemærkelsesværdige bedrifter. I løbet af denne proces gennemgår larvekroppene af mange dyrearter dramatiske ændringer, der gør dem til voksne, der har ringe, hvis overhovedet nogen lighed med deres unge stadium. Sommerfugle er måske det mest kendte eksempel på dette. Men på trods af, at komplekse livscyklusser er udbredt, vides der overraskende lidt om, hvordan de udvikler sig, specifikt i hvilken grad evolution i ét livsstadie påvirker de andre.
For bedre at forstå de evolutionære konsekvenser af en kompleks livscyklus på tværs af en stor gruppe af beslægtede arter, studerede University of Arizona biologer et andet velkendt eksempel: frøer og deres haletudser.
Tung Phung, Joao C. S. Nascimento og John J. Wiens fra UArizona Department of Ecology and Evolutionary Biology kiggede nærmere på udviklingen af kropsstørrelse på tværs af 542 frøarter, der tilhører 42 familier, hvoraf de fleste har en haletudse scene. Undersøgelsen, som var medforfatter af Alexander Novarro fra The Nature Conservancy, er publiceret i det videnskabelige tidsskrift Proceedings of the Royal Society B.
"Vi ville gerne vide, om store frøer har store haletudser og små frøer små haletudser, eller er størrelserne mellem de to afkoblet?" sagde Wiens og hentydede til en fremherskende hypotese i evolutionær biologi, der siger, at larver og voksne bør udvikle sig ret uafhængigt, især hos arter, hvor de to livsstadier har meget forskellige livsstile.
Hvis larve- og voksenstadier udvikler sig fuldstændig uafhængigt af hinanden, burde der være ringe sammenhæng mellem larvestørrelse og voksenstørrelse blandt arter. Med andre ord kan store frøer have små haletudser, og store haletudser kan blive til små frøer uden nogen sammenhæng mellem størrelsen af frøer og haletudser.
Holdet gennemsøgte den videnskabelige litteratur for data om størrelsen af haletudser og voksne frøer for hver art, samlede et evolutionært træ blandt arterne og anvendte statistiske analytiske værktøjer.
Teamet opdagede, at selvom der er en slående mængde af variation blandt frøfamilier, er tilknytningen ikke helt tilfældig. På tværs af frøer som gruppe er larver og voksnes kropsstørrelser signifikant og positivt relaterede.
"Det er ikke bare ' alt går'," sagde Wiens. "Vi inkluderede næsten hver familie af frøer, der har et haletudsestadium, og vi fandt ud af, at der er begrænsninger. I nogle tilfælde er den virkelig stærk; voksen størrelse forudsiger kraftigt larvestørrelsen i mange af de familier, vi kiggede på."
I andre familier inkluderet i undersøgelsen fandt forskerne, at forholdet var meget mere varierende. F.eks. har arter med store voksne små haletudser, og arter med små voksne har store haletudser, f.eks.
Der var også variation i den relative størrelse af voksne og haletudser blandt familier. For eksempel er paradoksfrøen, Pseudis paradoxa, en art med normalstore voksne, der udvikler sig fra gigantiske haletudser, der er tre til fire gange større end den voksne. I den anden ende af spektret er nogle kæmpe sydamerikanske tudser, hvis haletudser er omkring en tiendedel af størrelsen af den voksne.
"Samlet set ændres størrelsen af haletudser i forhold til voksne meget på tværs af frøer, men hvorfor ved vi ikke," sagde Wiens.
Forfatterne sammenlignede også udviklingshastighederne i kropsstørrelser mellem haletudser og voksne. Disse viste sig at være klart afkoblede. For eksempel, hos glasfrøer, har haletudsestadiet et bredt spektrum af størrelser, hvilket indikerer, at det har udviklet sig meget hurtigt, mens de voksne varierer meget mindre i størrelse. Andre grupper, såsom de ægte tudser, har hurtige udviklingshastigheder i begge stadier, mens endnu andre, såsom de afrikanske oksefrøer, viser det modsatte mønster, hvor voksne udvikler sig hurtigt, og haletudserne ændrer sig langsomt.
Når haletudserne, som er begrænset til vand, forvandles til frøer, der bruger det meste af deres tid på at hoppe rundt på land, gennemgår deres kroppe en ekstrem makeover: Vævet, der udgør deres kraftige hale, bruges til at drive dem under vandet, genbruges til andre væv; vedhæng begynder at spire begyndende med benene, derefter armene, og de mister deres fødeapparat. Dette fodringssystem består norm alt af et stort næb, omkranset af fem eller flere rækker af bittesmå tænder, som selv er omgivet af en ring af korte, kødfulde fangarme. Indvendigt bruger et filtersystem strømme af slim til at udvinde mad fra vandet. Nogle haletudser ser ud til at bruge tænder og næb til at skrabe alger af sten. Andre suger rådnende organisk materiale op fra bunden af deres ferskvandshabitater. Men nogle haletudser er kødædende og kan endda være kannibalistiske.
"Deres fodringsmekanisme er så mærkelig, at folk stadig ikke ved præcis, hvordan det virker, eller hvad de fleste haletudser spiser," sagde Wiens. "Hos voksne frøer er munddelene helt anderledes, så de er nødt til at tage hele dette system ned og genopbygge under metamorfosen."
Mens den enorme variation i haletudsstørrelse i forhold til voksne gør frøer særligt interessante for Wiens og hans forskerhold, sagde han, at en anden grund til at vælge frøer til denne undersøgelse var deres status som truede dyr, der er yderst gavnlige for det naturlige miljø.
Af de mere end 7.200 frøarter, der er blevet beskrevet, lever de fleste i troperne, og mange er forsvundet i en alarmerende hastighed, sagde Wiens. Dette er bekymrende, da de spiller en afgørende rolle i økosystemer over hele kloden - for eksempel fungerer de som en naturlig skadedyrsbekæmpelse.
"Mange af dem spiser insekter, der ødelægger afgrøder, så de er virkelig nyttige på den måde," sagde han.
Mens den nuværende undersøgelse er begrænset til padder, åbner den op for spørgsmål for andre grupper af dyr, sagde avisens første forfatter, Tung Phung, en førsteårs ph.d.-studerende i Wiens laboratorium, der gjorde det meste af arbejdet mens du stadig er bachelor.
"Vores undersøgelse er den første, der behandler evolutionære rater af larve- og voksenlivsstadier i stor skala," sagde han.
