En resa genom evolutionen
Det är nästan 180 år sedan HMS Beagle förde en ung Charles Darwin till Galápagosöarna. Vad har vetenskapen lärt sig om evolutionen sedan dess?
Charles Darwin får oftast all ära för evolutionsteorin. Men faktum är att delar av hans teori tidigare hade föreslagits av andra. 1794 skrev naturalisten James Hutton att de varelser vars egenskaper bäst svarar mot rådande omständigheter har störst chans att föra sin art vidare. Och 1831 föreslog den skotske fruktodlaren Patrick Matthew att de individer som inte besitter erforderlig styrka, snabbhet, djärvhet eller list dör innan de hinner fortplanta sig och ger därigenom plats åt de av samma art som är bättre lämpade.
Evolutionen och det naturliga urvalet betraktades fortfarande som radikala idéer vid 1800-talets slut, men de var inte nya. Anledningen till att vi kommer ihåg Darwin men inte de andra är att han ägnade 20 år åt att samla bevis och förfina sina argument för hur det naturliga urvalet fungerar innan han lät publicera sin bok Om arternas uppkomst.
Darwins huvudteori lyder som följer: i varje given art är de enskilda djuren inte identiska – några är längre och starkare, eller har annorlunda färg. Populationen inom samma art konkurrerar med varandra om mat, territorium och tillgången till partners. De som är bättre lämpade för detta lever längre och får fler avkommor som de skickar vidare sina egenskaper till. Så över tid kommer de egenskaper som är mest värdefulla för överlevnad att spridas vidare, medan de mindre värdefulla försvinner.
Darwin insåg att evolution inte
är en stege, där arter klättrar upp på allt mer avancerade pinnsteg. Det är snarare så att arter ständigt delas upp i utbrytargrupper, och den nya arten lyckas eller dör ut beroende på hur väl den anpassar sig till sin nisch. Detta innebär att olika arter har gemensamma förfäder – närbesläktade arter delar en inte så avlägsen gemensam förfader, medan mer avlägset besläktade arter har en gemensam förfader längre tillbaka i tiden. Men i slutändan hör allt levande till samma släktträd.
”WALLACE-EFFEKTEN”
När Om arternas uppkomst publicerades 1859 blev den grundläggande idén om arternas utveckling snabbt accepterad. Men den faktiska mekanismen som driver utvecklingen har debatterats sedan dess. En av Darwins närmaste medarbetare var Alfred Russel Wallace. Wallace hade kommit fram till teorin om naturligt urval ungefär samtidigt som Darwin, men han såg det inledningsvis som en återkopplingsmekanism som bevarade olika arters anpassning till sin omgivning, snarare än en kapprustning mellan medlemmar av samma art. Teorin skulle ha hållit olika arter ifrån förändring, såvida deras omgivning inte förändrades först.
Senare insåg dock Wallace att två populationer av samma art kunde leva i något skiftande miljöer. Det naturliga urvalet förändrade populationerna för att anpassas bättre till sin egen speciella miljö, vilket innebar att de skulle nå en punkt där en hybrid mellan de två populationerna skulle vara mindre välanpassad än någon av sina föräldrar. När detta inträ ade skulle det naturliga urvalet gynna individer som inte försökte beblanda sig med andra populationer – arten skulle nu ha delats upp i två nya arter. Detta är även känt som ”Wallacee ekten”, och 2005 visade en studie
”ARTER DELAS STÄNDIGT UPP I UTBRYTARGRUPPER, OCH DEN NYA ARTEN ANTINGEN LYCKAS ELLER DÖR UT.”
vid University of Northampton att den ligger bakom att populationer av gräs drivs att blomma vid olika tidpunkter.
Darwin skrev om det naturliga urvalet sju år innan Gregor Mendel visade hur genetiskt arv fungerade, och 70 år innan någon insåg att dna bär på den genetiska informationen. 1976 kom Richard Dawkins på teorin om ”den själviska genen”. Teorin säger att det naturliga urvalet inte rör individer eller populationer utan att det handlar om enskilda gener. Enligt Dawkins, kan man tänka på en kyckling som ett äggs sätt att skapa ett annat ägg. På samma sätt är din kropp bara en bärare av de 20 000 gener som ursprungligen angav de instruktioner som skapade den. Eftersom din fysiska kropp (även kallad ”fenotyp”) är produkten av den exakta kombinationen gener du ärvde från din mamma och pappa, och eftersom denna kombination aldrig kommer att kopieras (såvida du inte har en enäggstvilling), så innebär det att fenotyper i sig själva är flyktiga och inte utgör grunden för urvalet.
Det är i princip samma sak som Darwin sa, förutom att han talade om egenskaper snarare än gener. Därför har teorin om den själviska genen kallats för ”ultradarwinism” eller ”darwinistisk fundamentalism”.
Men den erbjuder ett sätt att förklara en rad knepiga fenomen inom evolutionen. Som skräp-dna.
STAMMANDE GENER
Skräp-dna är genetiskt material som inte verkar ”göra” något. Det bygger ingen del av den fysiska kroppen, och det gör inget för att reglera djurets ämnesomsättning.
Vid en tidpunkt ansågs mer än 98 procent av det mänskliga genomet vara skräp-dna, på grund av att det inte kodar för några protein- eller enzymsekvenser. I dag vet vi att mycket av ”skräpet” har en viktig reglerande roll, men trots det verkar 20–45 procent av vårt dna inte vara till någon nytta för oss. Mycket av det består av upprepade sekvenser av genfragment, ungefär som genetiskt stammande. Dessa delar raderas automatiskt av vårt cellulära maskineri när generna avläses, så de gör ingen skada, men under evolutionär tid har antalet upprepningar av dessa sekvenser gradvis ökat.
Detta ”själviska dna” existerar helt enkelt för att det har lyckats kopiera sig självt. En form av naturligt urval innebär att de sekvenser som kopieras snabbast kommer att utgöra en större del av vårt totala dna.
All genetisk förändring börjar av en slump. En foton av ultraviolett ljus eller en reaktiv kemisk förening trä ar en dna-sträng och ändrar en av bokstäverna i den genetiska koden. Eller ett fel inträ ar vid celldelning så att dna-sekvensen inte kopieras perfekt. Dessa mutationer är slump
mässiga och väldigt sällsynta – en bakterie muterar bara en gång på 300 generationer. När det gäller högre stående djur är det ännu mer sällan tack vare mer sofistikerade felsökningsmekanismer. Det är lika bra, eftersom nästan alla mutationer är dåliga. Tar man en gen från en fungerande enzym och ändrar koden på ett enda ställe är det extremt osannolikt att den skulle fungera bättre – ungefär som att slå en klocka med en hammare och tro att den skulle hålla tiden bättre.
I bästa fall byter en muterad gen en aminosyra i proteinkedjan mot en annan. Det kommer att ändra proteinets 3D-form något så att det katalyserar kemiska reaktioner mindre e ektivt. I värsta fall leder mutationen till en dominoe ekt som gör att varje efterföljande aminosyra i proteinet ersätts. När dåliga mutationer förekommer i vanliga celler i våra kroppar leder det vanligen till att cellen dör. Om mutationen sker i en spermieeller äggcell kan den föras vidare till nästa generation. Vid det laget kommer det naturliga urvalet att agera ganska snabbt för att sålla bort den från genpoolen.
MOLEKYLÄR EVOLUTION
Det betyder inte att alla mutationer som inte sållas bort är av godo. ”Vi bör inte utgå ifrån att varje förändring som sker i dna:et är fördelaktig: en betydande andel mutationer kan mycket väl vara neutrala”, säger dr Sankar Subramanian på Environmental Futures Centre vid Grith University, Australien. ”Neutrala dna-förändringar ackumuleras i organismer då de är ofarliga, men de påverkar inte fenotypen.”
Faktum är att dr Subramanians forskning visar att det djur som har den snabbaste förändringstakten i dna:et också är ett av de djur som utvecklas långsammast fysiskt. Den nya zeeländska bryggödlan anses vara en levande fossil, den har knappt förändrats alls de senaste 200 miljoner åren. ”De biologiska processer som styr dna:ets evolution, och de som står för morfologisk förändring är mycket olika”, säger professor David Lambert, som var medförfattare av studien.
Det fungerar på motsatt vis också. Ta i beaktande två arter av fruktfluga: Drosophila heteroneura och Drosophila silvestris. ”Arterna är väldigt olika morfologiskt och troddes ursprungligen höra till olika släkten”, säger David Lambert. ”Men genetiskt är de väldigt lika varandra. De har skilts åt som arter nyligen.”
Under de 155 år som har gått sedan publiceringen av Om arternas uppkomst
”VI BÖR INTE UTGÅ IFRÅN ATT VARJE FÖRÄNDRING SOM SKER I DNA:ET ÄR FÖRDELAKTIG.”
Dr Sankar Subramanian GRIFFITH UNIVERSITY, AUSTRALIEN
har Darwins teorier förfinats och utvecklats, men grundidén är densamma. Han missförstod dock några saker. Darwin trodde att gira en har fått sin långa hals tack vare att det naturliga urvalet gynnar djur som kan nå de högsta grenarna. Det verkar logiskt – bortsett från att gira en faktiskt tillbringar större delen av sin tid med att äta med böjd hals, bara två meter över marken.
Dr Rob Simmons vid University of Cape Town, Sydafrika, var först med att komma med den alternativa förklaringen att gira ens hals har utvecklats som ett alternativ till horn. ”När prototypen till dagens gira ägnade mer tid ute på slätten, blev halsen allt längre i proportion till resten av kroppen”, förklarar han, ”till den punkt då halsen var för lång för att använda vid strid ansikte mot ansikte (eller horn mot horn). Då bör gira en ha vunnit fördelar genom att svänga på huvudet med sin längre hals. Vid det laget kan man tänka sig att det sexuella urvalet snabbt tog över, vilket ledde till att halsarna snabbt blev ännu längre.”
Så hangira er har sin långa hals för att det innebär fördelar i strid med andra hannar och när det gäller att attrahera honor för avel. Men även hongira er har långa halsar – av samma skäl som män har bröstvårtor. Det är en kroppsdel som endast det ena könet har nytta av, men båda könen bär på dess gener.
Så fungerar evolutionen – man behöver inte vara fulländad för att överleva. Man behöver bara vara bättre än sina konkurrenter.
Luis Villazon Vetenskapsjournalist
+ Luis Villazon är frilansande vetenskapsjounalist med biologi som specialitet.