Chimpansens X-kromosom har haft en særlig betydning for artens udvikling. Op imod en tredjedel af alle mutationer, der har fundet sted på dette kromosom, ser ud til at være drevet frem af positiv selektion, da mutationerne har været en fordel for chimpansen.
Til sammenligning er der sket mange flere ændringer i alle de andre kromosomer tilsammen, men her har kun relativt ganske få af været en fordel.
Det viser ny forskning der er blevet til i et samarbejde mellem Aarhus Universitet, Københavns Zoologiske Have, Københavns Universitet og kinesiske BGI. Resultatet er netop offentliggjort i onlineudgaven af det velansete videnskabelige tidsskrift PNAS.
Det nye resultat sandsynliggør, at det samme er gældende for mennesker, og det skaber ny viden om vores egen evolution.
»Vores resultater viser, at selektion virker stærkere på X end på de andre kromosomer. Det fortæller os noget om mutationernes natur, nemlig at de fleste mutationer er ’vigende’, dvs. kun kommer til udtryk, hvis den findes på begge kromosomer.«
»Hvis mutationer generelt er vigende, giver det god mening, at vi ser de fleste selekterede mutationer, både positive og negative, på netop X-kromosomet,« forklarer lektor Thomas Mailund fra Center for Bioinformatik ved Aarhus Universitet.
Mænd afslører mutationerne
Hvis mutationen er vigende og kun ligger på det ene kromosom, vil det andet kromosom opretholde genets normale funktion, og derved ville mutationen aldrig komme til udtryk.
Hvis mutationen derimod findes på X-kromosomet, så vil det komme til udtryk blandt alle hanner, der bærer mutationen. Mænd har kun ét X-kromosom, og enhver mutation vil blive bragt frem.
Hvis det så er en positiv mutation, vil den give en øjeblikkelig fordel for hannen og øge hans chancer for at viderebringe mutationen til sit afkom. På samme måde vil en negativ mutation give hannen en ulempe, og derfor ville den hurtigt forsvinde fra arten igen.
»Hvis mutationer er vigende, så vil de blive stærkere udtrykt, hvis de findes på X-kromosomet, og derfor vil man også forvente, at der er en større mængde positive mutationer, der vil blive set af selektionen på X og overset på de andre kromosomer. Det er det, vores observationer har vist. Vores resultater underbygger hypotesen om vigende mutationer,« forklarer Thomas Mailund.
På kromosom 3 i chimpansens DNA fandt forskerne ændringer, der var forårsaget af en positiv selektion.
Ændringerne var gener, som gør immunforsvaret i stand til at beskytte kroppen mod HIV.
Kigger efter gener, der ændrer sig
Forskerne bag den nye opdagelse har studeret nærmest alle gener fra 12 chimpanser. Det vil mere præcist sige kun den del af genomet, der koder for noget.
Her kiggede de på alle de ændringer, der var sket i generne, siden chimpansens og menneskets art gik hvert til sit. Forskerne sammenlignede de mutationer, der havde haft en positiv betydning for arten med de mutationer, der var uden betydning.
Overordnet set er de fleste mutationer ligegyldige eller direkte skadelige for generne og giver ikke arten en positiv udvikling. Men en gang imellem opstår der mutationer, som har en positiv effekt på arten, og derfor spredes hurtigt til hele bestanden.
Forskerne fandt ud af, ændringerne, der er sket på X-kromosomet, siden chimpansen delte forfader med mennesket, for en tredjedels vedkommende var et resultat af positiv selektion. På de andre kromosomer var mængden af genændringer, der var udtryk for positiv selektion, ikke signifikant forskellig fra nul.
X-kromosomet har altså meget nemmere ved at opsamle og videreføre mutationer, som giver arten bedre betingelser for at overleve.
X-kromosomet sladrer om fortiden
Hvis der opstår en mutation, der ikke har nogen reel betydning individets overlevelse, så er der dels meget lille sandsynlighed for, at mutationen vil brede sig til hele arten, og hvis den gør, vil det tage meget lang tid.
En positiv mutation vil også have en meget lille sandsynlighed for at brede sig. Men hvis den først får tag i arten, vil den hurtigt gå fra at være sjælden til at være at finde i alle individer.
Derfor har X-kromosomet også haft stor betydning for, hvordan arterne udvikler sig. Mutationer på X-kromosomet slår igennem meget tidligere, da de bliver udtrykt direkte hos alle mænd, mens mutationer på alle de andre kromosomer tager længere tid, før de er en fast bestanddel af alle populationens individer.
Summa summarum vil mutationer på X-kromosomet hurtigere blive en del af hele populationen end mutationer på andre kromosomer. Og hvis det så samtidig er en positiv mutation, går det meget hurtigere.
X og Y-kromosomerne kaldes ofte for kønskromosomerne. De afgør, om kønnet er en dreng eller en pige.
Hvis et barn er født med to X-kromosomer, er det en pige, mens ét X og ét Y-kromsom giver en en dreng.
Siden 2006 har forskere vidst, at menneskets og chimpansens X-kromosomer er tættere beslægtet end de andre kromosomer. Tættere beslægtet betyder, at tiden, vi skal gå tilbage for at finde den fælles forfader, er kortere for X-kromosomet end for de andre kromosomer.
De nye forskningsresultater kan være en forklaring på det.
»Alt tyder på at selektion er meget kraftigere på X-kromosomet end på andre kromosomer,« siger Thomas Mailund.
Chimpanser er nemmere at arbejde på end mennesker
Er det samme så gældende for mennesker? Det er det sandsynligvis.
Men forskerne valgte at lave deres undersøgelse på chimpanser, da de demografisk er meget nemmere at arbejde med.
Demografiske effekter, så som befolkningsadfærd, voksende befolkningstal eller migration mellem befolkninger, slører de genetiske signaler, der bruges til at genkende selektion.
Mennesket er en ung art, der relativt hurtigt har bredt sig til alle verdenshjørner, er vokset eksplosivt i antal og har udvekslet gener på kryds og tværs. Uden at kende den eksakte demografiske historie kan man ikke være sikker på, at signalerne skyldes selektion og ikke demografi.
Chimpanser har derimod levet relativt stabilt i Centralafrika i mange hundrede tusinde år. Derfor er det nemmere at finde de simple demografiske ændringer og skille dem fra selektion.
»Ved at bruge chimpanser kan vi identificere styrken af naturlig selektion, men så vidt vi ved, er der ingen grund til at tro, at den opfører sig anderledes er anderledes for mennesker,« siger Thomas Mailund.
Hvilken art? Pan troglodytes
Der er to chimpansearter, almindelige chimpanse (Pan troglodytes) og bonobo (Pan paniscus). Mig bekendt er der ikke nogen uenighed eller forvirring her. Der er variation der er delt imellem dem, og det er ikke så oplagt en opdeling som mellem mennesket og chimpansen (de er betydeligt tættere beslægtet så selvfølgelig er de mere ens), men det er de to arter der er.
I artiklen kikker vi på Pan troglodytes.
Hvad der _er_ lidt forvirring omkring er hvor mange underarter der er af Pan troglodytes. Det er samme art, men forskellige grupper af dem. Vi siger tit at der er tre: vest, central og østchimpanser, og i artklen kikker vi på centralchimpanser (Pan troglodytes troglodytes). Det er dog muligt at central og østchimpanser er et kontinium hvor vi bare kikker på ydepunkter, og der er formentlig mindst en underart mere (genetisk set er den i hvert fald forskellig fra de andre), så omkring underarter er der lidt forvirring. Nok mest fordi man prøver at putte ting i kasser der ikke naturligt er opdelt i kasser :)
Hvilke art?
Der syntes at være vild forvirring om hvad der er en Chimpanse.
@Thomas Mailund: ahhhhh nu
@Thomas Mailund:
ahhhhh nu giver artiklen jo mere mening- tak for dit svar Thomas!
Jeg er enig i dine argumenter, men skulle bare lige forstå hvad i ligger i ordet "negativ selektion". Den sidste sætning i dit første afsnit, i dit svar tilbage, forklarer det jo godt.
mvh Martin
Link tilføjet
Link til den videnskabelige artikel er nu også tilføjet i bunden af vores historie - tak for link, Thomas.
VH Thomas, Videnskab.dk
Artiklen
Artiklen kan findes her, og skulle være åben for alle at læse: http://www.pnas.org/content/early/2012/01/18/1106877109.abstract
Negativ selektion
Martin, du kan godt betragte negativ selektion som positiv selektion for alle andre end dem med mutationen, men matematisk bliver det noget bøvlet. Matematikken for hvordan mutationer breder sig i en befolkning er lige til, hvis alle mutationer er neutrale, altså helt uden selektion. Så stiger og falder de i frekvens helt tilfældigt. Når der er selektion i sving har nogle varianter lidt større sandsynlighed for at stige i frekvens og andre lidt større sandsynlighed for at falde i frekvens. Når vi taler om positiv og negativ selektion mener vi blot at sandsynligheden er større for at stige, hhv. falde, i forhold til hvis varianten var neutral.
Naturligvis kan du godt betragte negativ selektion som positiv selektion på alt muligt andet, men matematisk bliver du nødt til at normalisere, da sandsynligheder summer til 1, så derfor bliver det til helt det samme, og så er det nemmere at tænke på som negativ selektion.
Forøvrigt er det ikke en tredjedel af mutationerne på X der er positivt selektion for. Det er en lille fejl i artiklen. Det er en tredjedel af de mutationer der er blevet fikseret -- altså deles af alle chimpanserne i dag -- der er selekteret for. Langt de fleste mutationer har der været negativ selektion for og de er forsvundet igen. Også for disse, dog, er selektionen stærkere på X.
positive og negative mutationer: ja. Negativ selektion: nej
Jeg er enig i, at der findes mutationer der kan være positive, mens andre er negative (skadelige). Jeg undre mig dog over følgende formulering i artiklen:
"Op imod en tredjedel af alle mutationer, der har fundet sted på dette kromosom, ser ud til at være drevet frem af positiv selektion, da mutationerne har været en fordel for chimpansen".
Jeg var ikke klar over at evolutionen både kan have positiv og negativ SELEKTION. Sådan som jeg forstår evolutionen kan man kun selektere FOR en egenskab og ikke MOD egenskaben. Hvis en mutation er negativ -for et individ- har den nogle ulemper, i forhold til individer der ikke har mutationen. Det betyder vel ikke, at der er negativ selektion, men at der selekteres FOR det "normale" gen...?
eller har jeg misforstået noget?
Det lyder måske lidt som den modsatte side af samme mønt, men jeg mener der er forskel.
mvh Martin