زیست شناسان از زمانی که چارلز داروین برای اولین بار آن را توضیح داد به فکر تغییر تکاملی بودند.
با استفاده از ابزارهای مولکولی مدرن و کار میدانی، زیست‌شناس دانشگاه نبراسکا-لینکلن، جی استورز و همکارانش برای اولین بار نشان دادند که گونه‌های مختلف می‌توانند مسیرهای ژنتیکی متفاوتی را برای ایجاد یک صفت طی کنند. یافته های این تیم در شماره 21 اکتبر ژورنال Science منتشر شده است.
استورز، سوزان جی. روزوفسکی، استاد علوم زیستی، می گوید: «این سؤال واقعاً طولانی در ژنتیک تکاملی در مورد قابل پیش بینی بودن تغییرات ژنتیکی وجود دارد.»
به عبارت دیگر، آیا گونه هایی با یک ویژگی مشترک و مفید برای تکامل آن صفت دچار تغییرات ژنتیکی یکسانی شدند؟ یا اینکه این صفت از طریق مسیرهای ژنتیکی متفاوت و در نتیجه غیرقابل پیش بینی رشد کرده است؟
معلوم شد که انتخاب طبیعی، یک فرآیند تکاملی اولیه، می تواند به طور قابل اعتمادی صفات مشابه و مفیدی را در گونه های مختلف ایجاد کند. اما در سطح مولکولی، تغییرات تکاملی به شدت غیرعادی هستند و بنابراین بسیار کمتر قابل پیش‌بینی هستند.
برای فهمیدن این موضوع، استورز به پرندگانی روی آورد که در کوه های آند آمریکای جنوبی زندگی می کردند. تیم او با مقایسه گونه‌های پرنده در ارتفاعات با همتایان خود در مناطق پست خود به این نتیجه رسید که پرندگان در ارتفاعات، گلبول‌های قرمز خون را با پروتئین‌های هموگلوبین تکامل داده‌اند که به راحتی مولکول‌های اکسیژن را به هم متصل می‌کنند. این ویژگی برای گونه‌هایی که در محیط‌های کم اکسیژن مانند کوهستان زندگی می‌کنند مفید است.
استورز و تیمش پروتئین‌های هموگلوبین را از گونه‌های متعدد پرندگان در ارتفاعات آزمایش کردند و تشخیص دادند که کدام تفاوت‌ها یا جهش‌ها در ترکیب پروتئین‌ها مسئول صفت ارتفاع بالا هستند.در بیشتر موارد، تغییر در عملکرد پروتئین در بین گونه‌های مختلف به دلیل جهش‌های مختلف ایجاد می‌شود.
"چیزی که این نشان می دهد این است که جهش های احتمالی زیادی وجود دارد که می توانند اثر فنوتیپی (ویژگی) یکسانی ایجاد کنند." استورز گفت. ما نمی توانیم پیش بینی کنیم که کدام جهش های خاص مسئول این تغییرات هستند." یکی از دلایل احتمالی این تنوع این است که در طول تکامل، هموگلوبین های گونه های مختلف هر کدام مجموعه منحصر به فرد خود را از جهش ها انباشته کرده اند. با توجه به این زمینه‌های ژنتیکی متمایز، جهشی که اثر مفیدی در یک گونه ایجاد می‌کند ممکن است در گونه‌های مختلف اثر مضری داشته باشد.
برای آزمایش این نظریه، تیم استورز از ابزارهای مهندسی ژنتیک برای بازسازی و احیای پروتئین های هموگلوبین چندین گونه پرنده اجدادی، از جمله جد مشترک همه پرندگان، که بیش از 100 میلیون سال پیش وجود داشته، استفاده کردند. مهندسی جهش های هموگلوبین در ارتفاع بالا به پروتئین های باستانی پرندگان اثرات بسیار متفاوتی نسبت به پرندگان معاصر داشت.
با پیشرفت تکامل در طول زمان، جهش‌های مختلف در گونه‌ها و محیط‌های مجزا تجمع می‌یابند. انتخاب طبیعی فشارهای مشابهی را برای گونه‌ها اعمال می‌کند تا هنگام حرکت به ارتفاعات بالاتر، برای مثال، سازگار شوند، اما سازگاری باید مسیرهای ژنتیکی متفاوتی را طی کند تا به آنجا برسد.
استورز گفت: "این یک پدیده جدید است که یافته های ما به آشکار شدن آن کمک کرده است." تیم او به بررسی تأثیرات تاریخی بر سازگاری ژنتیکی ادامه می‌دهد.
