Tidligere i år blev orangutangens genom kortlagt, og nu har et internationalt forskningssamarbejde med dansk deltagelse kortlagt gorillaens arvemasse.
Dermed har forskere nu kortlagt genomerne hos alle fire slægter af menneskeaber: Gorilla, chimpanse, orangutang og menneske.
Resultatet er netop offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Nature.
»På det overordnede niveau var gorillaens genom den manglende puslespilsbrik, som vi nu har fået på plads. Det interessante ved vores forskning er, at vi nu er i stand til helt præcist at finde ud af, hvornår splittet mellem vores egen art og de andre arter er foregået,« fortæller lektor Thomas Mailund fra Aarhus Universitets Center for Bioinformatik, der er en del af det internationale samarbejde.
Forskelle i genomer skal oversættes til år
I sammenhæng med at forskerne fik kortlagt de fire genomer, var det naturligt at sammenligne dem. Derved så forskerne forskelle i genomerne og var i stand til at fastslå, hvor langt forskellige menneskeaberne egentligt er fra hinanden.
Det viser sig, at 99 procent af chimpansens gener er de samme som vores. Gorillaen deler vi 98 procent af vores gener med, og vores fjerneste slægtning orangutangen har vi 97 procent af vores gener til fælles med.
Selvom kun én procent i forskel kan lyde som lidt, så skal man huske på, at der kun er én promilles forskel fra menneske til menneske, uanset hvor på Jorden de kommer fra.
Så selvom vi har 99 procent til fælles med chimpansen, er det den resterende procent, der giver de mange forskelle, og den er derfor meget interessant.
»Man har før kigget på forskelle mellem menneskeabernes genomer, men det er første gang, at vi har mulighed for at sammenligne hele genomer af alle fire store menneskeaber og ikke bare brudstykker. Men hvis vi ønsker at vide, hvornår vi blev forskellige arter, er det store problem ikke at finde ud af, hvor forskellige vores genomer er fra hinanden. Problemet er at oversætte forskellene til år,« forklarer Thomas Mailund.
Problemet er variationer i arterne
Der er flere problemer, når man skal oversætte de genetiske forskelle mellem arterne til år. Først og fremmest er det svært at sige, hvor stor en del af forskellene, der skyldes forskelle mellem arter, og hvor stor en del der skyldes forskelle mellem individer indenfor en art.
Hvis forskerne vil se, hvor stor afstand der er mellem arterne, skal de trække forskellene blandt individerne indenfor arterne fra den samlede forskel. To mennesker vil typisk være omkring 0,1 procent forskellige i deres genom, men er derfor jo stadig samme art. Ligeledes vil to individer i den fælles forfader mellem mennesket og gorillaen være forskellige.
»Hvis vi vil vide, hvor mange forskelle der er opstået mellem mennesket og gorillaen, siden de blev forskellige arter, så skal vi tage de 1,7 procent forskelle, vi ser mellem genomerne i dag, og derfra trække den forskel, der allerede fandtes, før forfader-arten splittede i to,« forklarer Thomas Mailund.
Aarhus Universitet er de førende i verden
\ Fakta
Menneskets genom indeholder lidt over seks milliarder baser. Baserne er byggestenene, som DNA er opbygget af. Over mange millioner år opstår der i gennemsnit 1 mutation i 1 base på 1 milliard år. Da menneskeabernes generationstid er længere end eksempelvis makak-abernes, er mutationraten dog en del lavere. Her opstår der kun 0,6 mutationer i 1 base på 1 milliard år. Det skyldes at mutationer nærmere skal måles over generationer frem for over år.
Og nu bliver det for alvor langhåret: Selvom det er muligt at finde den genetiske forskel mellem mennesker, er det meget svært at finde ud af, hvad forskellene var blandt menneskeabernes fælles forfader.
Netop her kommer dansk forskning ind i billedet.
På Aarhus Universitet er forskere i stand til at udnytte informationen i et enkelt genom fra hver art til at afgøre, hvor stor variationen var mellem individer i en forfader-art.
»Ved at kikke mange forskellige steder i genomet, er vi faktisk i stand til at modellere os frem til antal forskelle imellem individer i en stam-art. På Aarhus Universitet er vi de førende i verden på netop dette område. Hvis vi kigger på forskellen mellem mennesker og gorillaer, så er den genetiske forskel summen af, hvad der er forskellen på de to arter, og forskellen blandt individerne i vores fælles forfader, og den sidste kan vi regne ud med vores modeller,« siger Thomas Mailund.
Dermed kan forskerne regne ud, hvor stor forskellen er imellem arterne ud fra forskellen mellem deres genomsekvens.
Næste skridt er så at oversætte forskelle mellem arter til antal år, der er gået, siden de blev skilt fra hinanden.
Det molekylære ur viser vejen
Hvis man ved, hvor mange ændringer der sker i genomet per år, er det bare at gange op for at oversætte antal forskelle i genomerne til år siden, arterne blev delt.
Men hvordan finder man ud af, hvor mange mutationer der kommer på et år?
Forskerne benytter sig af en idé, de kalder det molekylære ur. Ideen er baseret på, at ændringer i DNA sker regulært altså nogenlunde taktfast i forhold til tid.
Så hvis man kigger på et genom, så vil det i gennemsnit opleve et bestemt antal ændringer i baserne (byggestenene som DNA er sammensat af af) pr. år.
»Vi ved, at det er regulært, men vi ved ikke, hvor mange forskelle der forekommer indenfor et tidsrum, og det er selvfølgelig et problem,« fortæller Thomas Mailund
Der er to måder, forskerne kan løse problemet på. For det første kan de kigge på antal forskelle på os og på f.eks. makak-aben. Det antal forskelle skal så holdes op imod en datering af, hvor lang tid siden vores arter blev adskilt, målt ud fra fossile fund.
På den måde kommer forskerne frem til, at der i gennemsnit sker 1 mutation i 1 base på 1 milliard år. Mennesket indeholder mere end seks milliarder baser, så mutationerne sker hele tiden. Men mutationsraten er dog ikke helt præcis, når det gælder menneskeaberne.
»1 mutation i 1 base på 1 milliard år er et hæderligt bud, når man kigger på vores fælles forfader, der levede for 30 millioner år siden. Hvis vi bruger samme udregning på chimpansen, kommer vi frem til, at vi havde en fælles forfader for omkring 4 millioner år siden, hvilket desværre ikke er i overensstemmelse med de fossile fund. Derfor er vi nødt til at bruge en anden metode til at finde frem til mutationsraten i menneskeaberne,« udtaler Thomas Mailund
Kigger på genetiske forskelle mellem forældre og børn
For at finde en mutationsrate, der var bedre til at udregne tiden for vores sidste fælles forfader med de andre menneskeaber, kiggede forskerne på forskelle i genomerne hos en nulevende person og dennes forældre.
Heraf kunne forskerne se, hvor mange mutationer der sker på en generation, og under forudsætning af at en generationstid ca. har været 15-20 år for menneskeaberne de sidste 10 millioner år, kunne forskerne regne sig frem til, hvor mange mutationer der forekommer pr år hos menneskeaberne.
Her fandt forskerne ud af, at mutationsraten ikke er 1 mutation i 1 base på 1 milliard år, men derimod 0,6 mutationer i 1 base på 1 milliard år. Derved blev tidspunktet for splittet mellem menneskeaberne rykket næsten dobbelt så langt tilbage i tiden.
»Med det nye estimat for mutationshastigheden skubber vi tidspunktet for artsdannelsen blandt menneskeaberne hen på den rigtige side af de fossile fund. Men nu har vi så problemer med ældre fossiler, hvor de genetiske estimater nu bliver for gamle i forhold to fossilerne. Så længere tilbage i tiden bliver vi stadig nødt til at bruge den hurtigere mutationshastighed. Hvis vi skal have fossil og DNA data til at passe sammen, bliver vi nødt til at antage at mutationsraten er blevet langsommere i menneskeaberne,« fortæller Thomas Mailund
Mutationsraten bliver langsommere
Meget tyder på at mutationsraten bedst måles i antal generationer end i antal år. Der er ca. lige mange mutationer mellem forældre og børn i arter med kort som med lang generationstid, hvilket så betyder at arter med en kort generationstide vil have en hurtigere mutationshastighed målt i år i forhold til en art med længere generationstid.
Alle menneskeaberne er større end vores fælles forfædre, og vores generationstid er også længere. Derfor bliver vores mutationsrate lavere, jo længere generationstiden bliver.
»Vores hypotese er, at mutationsraten er blevet langsommere gennem menneskeabernes udvikling. Hvis vi sammenholder det med forskellene blandt menneskeaberne, kommer vi frem til det hidtil mest præcise estimat over, hvornår vores slægter adskilte sig fra hinanden,« siger Thomas Mailund.
Forskerholdet har estimeret sig frem til, at mennesket blev adskilt fra gorillaen for 10 millioner år siden, fra chimpansen for 6,5 millioner år siden og fra orangutangen for 12 millioner år siden.
»Næste skridt i vores forskning er at kigge på, hvordan genener har formet menneskeaberne hver især. Vi har tendens til at tro, at vores fælles forfader lignede chimpansen, men man skal huske på, at de også har udviklet sig de sidste 6,5 millioner år. Hvis vi kan finde ud af, hvordan vores fælles forfader så ud, vil det være helt fantastisk,« siger Thomas Mailund.
