Banebrydende kort afslører dyrs genetiske forskelle
Ny banebrydende metode kobler gener og geografi og tegner for første gang et kort over, hvordan arters genetiske mangfoldighed er fordelt globalt. Kortet baner vej for at forstå, hvordan livet er formet på kloden.

Andreia Miraldo fra Center for Makroøkologi og Evolution ved Københavns Universitet fortæller om forskningen i, hvordan arters genetiske mangfoldighed er fordelt over kloden. (Video: NaturalHistoryDK)

Lige siden den store svenske naturforsker Linné har biologer ihærdigt sat naturen i system, fundet og beskrevet nye arter og også beskrevet, hvordan økosystemerne er udformet.

Biodiversitet handler om at forstå livet på Jorden, og nu tilføjer forskere ved Københavns Universitet for første gang endnu et niveau i den forståelse - det genetiske niveau.

Det vil sige, hvor stor variation der er i generne inden for arterne forskellige steder på Jorden.

»Vi giver det allerførste kort over den globale genetiske variation,« siger Andreia Miraldo, Center for Makroøkologi og Evolution ved Københavns Universitet, som står bag forskningen.

Studiet er netop offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Science.

LÆS OGSÅ: Store huller i data om trusler mod biodiversitet

Studiet kan starte kæmpebølge af forskning

Bag studiet ligger en banebrydende ny metode (se faktaboks længere nede), hvor forskerne viser, at de kan sætte kortlagte DNA-stykker fra dyr sammen med geografiske lokaliteter og derved tegne den genetiske variation i den helt store geografiske skala.

»Det her studie vil formentlig i høj grad åbne døren for en helt ny kæmpebølge af forskning, der vil komme i kølvandet på det,« siger professor Carsten Rahbek ved Center for Makroøkologi og Evolution.

kort padder landpattedyr genetik

Globalt kort over padder og landpattedyrs genetiske diversitet. Rød er høj diversitet og blå er lav diversitet. Fra kortet kan forskerne vise, at diversiteten er størst i troperne og falder mod polerne. Kortet viser også, at diversiteten er lavest i de tættest befolkede landarealer. (Grafik: Credit: Science/Miraldo et al.)

Det nye kort bekræfter noget, man allerede mistænkte, nemlig at den genetiske variation i arterne er størst i troperne og falder jo længere mod hhv. syd og nord man kommer, samt at mennesket ser ud til at have en negativ påvirkning, så diversiteten er mindst i tæt befolkede områder og størst i vilde eller halvvilde områder. Det vender vi tilbage til længere nede i artiklen.

LÆS OGSÅ: Det mest omfattende stamtræ over livet på Jorden lagt ud på nettet

»Superspændende studie« 

Og ved Aarhus Universitet er professor Jens-Christian Svenning enig.

»Det er et superspændende studie, og jeg synes, det er oplagt, at der er store muligheder for at anvende det i alle mulige stor-skala økologiske studier,« siger Jens-Christian Svenning, som ikke har deltaget i forskningen.

»For eksempel er det helt oplagt at teste mere præcist, hvilke mekanismer der driver, hvad der er afgørende for artsrigdom på Jorden. Det kunne være, hvordan klimastabilitet hænger sammen med den her genetiske variation, eller i hvor høj grad den genetiske variation afhænger af den lokale variation i landskabet,« tilføjer han.

LÆS OGSÅ: Hvor mange gener har mennesker til fælles med træer?

Genernes globale diversitet er ukendt felt

Idéen til projektet fødtes for 5 år siden af studiets senior-forfatter, lektor David Nogués-Bravo på Center for Makroøkologi og Evolution ved Københavns Universitet.

»Jeg indså, at blandt de tre niveauer af biodiversitet - økosystemer, arter og gener - er vores viden om den globale fordeling af genetisk diversitet meget begrænset,« siger David Nogués-Bravo.

genetik kort jorden befolkning genetisk mangfoldighed diversitet kortlagt globalt

Globalt kort over viden og uvidenhed. Kortet viser, hvor gode data forskerne har i de forskellige firkanter. Grøn er mest sikker - her dækker de både en stor andel af arterne inden for arealet, og der er stor dækning af DNA-sekvenserne. Lilla er det modsatte. Ikke overraskende er Nordamerika, Europa og Østasien bedst dækkede. Kortet bakker op om konklusionen fra det første kort om, at den genetiske diversitet er lavest i de tættest befolkede områder. (Grafik: Science/Miraldo et al.)

Mens biologerne i årtier har kortlagt titusindvis af arter og kender en masse til økosystemernes udformning, er det mest grundlæggende niveau om genernes diversitet stort set ukendt.

Den genetiske diversitet er kort sagt, hvor stor genetisk forskel der i gennemsnit er på to individer af den samme art.

Diversiteten er så at sige det instrument, evolutionen kan spille på ved forandringer, f.eks. når arter tilpasser sig en ny niche eller tilpasser sig klimaforandringer.

Men ingen aner, hvordan arternes diversitet varierer globalt set, og dermed hvordan gen-niveauet overordnet kan spille ind i den måde, livet på Jorden har udformet sig.

LÆS OGSÅ: Klodens mest gådefulde folk er kortlagt genetisk

DNA-data blev knyttet med geografi

Men de seneste årtier har mange videnskabelige tidsskrifter afkrævet biologerne DNA-sekvenser fra hver eneste art, de studerede.

frø padde tudse arter gener genetisk mangfoldighed diversitet kortlagt globalt

Arternes genetiske mangfoldighed falder mest i de områder, der er domineret af mennesker. Det er særligt tydeligt for padderne, hvor både antallet af padder og deres genetiske diversitet lider under menneskets indflydelse. (Foto: Shutterstock)

Det har været brugt som en vigtig information i beskrivelsen af arternes evolutionære slægtskaber - deres fylogeni - og ofte har forskerne valgt at kortlægge et gen kaldet Cytochrome B (cytb), der er en del af arvematerialet i cellens energifabrikker, mitokondrierne.

Mitokondrie-DNA'et følger den moderlige linje og er derfor velegnet til at tegne stamtræer, og samtidig er cytb-genet godt, fordi dets DNA-baser er meget variable på tværs af arter.

LÆS OGSÅ: Ny omfattende viden om abe-genomer giver unikt indblik i evolutionen

Så ideen var at høste dataene i offentligt tilgængelige databaser og knytte dem sammen med de geografiske informationer om, hvor prøven (dyret) var taget, og sammen kollegaen Katharine A. Marske udviklede David Nogués-Bravo projektet.

»Det har været en kæmpe teknologisk og intellektuel udfordring, men studiet her har overkommet alle udfordringerne, og det vil åbne nye veje for forskningen og give en meget bedre forståelse af, hvordan biodiversiteten reagerer på de nuværende klimaforandringer,« siger Nogués-Bravo i dag.

Variationen er ulige fordelt i verden

I det nye studie har forskerne fokuseret på padder og landlevende pattedyr, da der er mest information om disse arter.

Ved hjælp af den nye metode (se faktaboks) har forskerne for første gang nogensinde tegnet et verdenskort over, hvordan den genetiske diversitet fordeler sig, og tendensen er slående.

Sådan gjorde forskerne

I det nye studie har forskerne suget i alt 318.748 DNA-sekvenser ud af i offentligt tilgængelige databaser.

Sekvenserne kommer hver især fra et individuelt dyr, men kun for 86.403 af de sekvenser, var cytb-genet blevet kortlagt, og da forskerne skulle finde geografiske informationer om dyrene, blev tallet barberet yderligere ned til 24.479 sekvenser.

Det gav dem dog stadig et stort datagrundlag, nemlig imponerende næsten 25.000 individer fordelt på 1.992 forskellige arter fra det meste af verden, dog med overvægt i Europa, Nordamerika og Østasien.

Forskerne har så delt verden (landjorden) ind i hundredvis af lige store firkanter, og for hver art i sådan en firkant har de sammenlignet cytb-genet, DNA-bogstav for DNA-bogstav, og talt antallet af forskelle (mutationer) mellem individerne.

Resultatet viser, at diversiteten i arterne varierer fra, at cytb-genet er helt identisk hos individer af arter med mindst diversitet, til at næsten 10 procent af DNA-bogstaverne er forskellige hos individer af arter, hvor diversiteten er størst.

For hver firkant på kortet har forskerne herefter regnet den gennemsnitlige diversitet ud for alle arterne i den firkant.

For både padder og landpattedyr viser det sig, at arternes genetiske diversitet er størst nær ækvator og falder, des længere væk man kommer.

LÆS OGSÅ: Et køligere klima kan skabe øget biodiversitet

Med andre ord vil individerne af gazelleart nær ækvator typisk rumme større genetisk diversitet end en hjorteart på vores breddegrader.

»Det er ikke totalt overraskende, for i meget mindre studier har man set noget i samme retning, men det her er meget større, så man er mere sikker på, at det er et generelt mønster,« siger Jens-Christian Svenning.

Observationen er ret interessant, fordi det vidner om, at dyrene i troperne må være mere evolutionært robuste - evolutionen har så at sige flere strenge at spiller på - end dyrene tættere på polerne.

Flere teorier om robuste tropedyr

Forskerne dykker ikke dybere ned i, hvorfor det forholder sig sådan, men peger på en række forskellige hypoteser for, hvilke drivkræfter der kan være i spil.

En teori er, at tropernes højere temperatur i sig selv øger antallet af mutationer, mens en anden hypotese siger, at de tropiske arealer historisk har været større og dermed har kunnet rumme en større population, hvor den genetiske diversitet er opbygget.

LÆS OGSÅ: Penis-orm er stamfader til næsten alle nutidens dyr

En variant af den teori går på, at energiproduktionen er større i troperne, så disse arealer kan bære større populationer, der fører til mere genetisk mangfoldighed.

Og en fjerde teori peger på, at arterne på den nordlige halvkugle har været hårdere ramt af vekslende istider og er gået gennem genetiske flaskehalse, der har tyndet kraftigt ud i den genetiske mangfoldighed.

»Med det her studie vil forskerne kunne undersøge, hvilke mekanismer der er belæg for, og hvilke der ikke er,« siger Andreia Miraldo.

Mennesket sætter et kedeligt aftryk

Miraldo peger også på en anden ting, studiet afslører, nemlig menneskets aftryk.

hjort gazelle gener ækvator genetisk mangfoldighed diversitet kortlagt globalt

Arternes genetiske diversitet er størts nær ækvator. Gazellearterne nær ækvator rummer derfor større genetisk diversitet end de hjorte, vi kender fra de danske skove. (Foto: Shutterstock)

Ligesom forskerne længe har peget på, at kloden er i en ’biodiversitetskrise’, hvor artsrigdommen falder, specielt i de områder, som er domineret af mennesker, finder forskerne nu en tilsvarende effekt på arternes genetiske mangfoldighed.

Det er særligt tydeligt for padderne og viser, at både paddearternes antal og deres genetiske diversitet lider under menneskets indflydelse.

På den måde kan studiet få stor betydning for fremtidens indsats i forhold til naturbeskyttelse, hvor man ønsker både at bevare mangfoldigheden af arter i økosystemerne og sikre arternes genetiske mangfoldighed, som giver dem en robusthed mod f.eks. klimaforandringer.

»Biodiversiteten er vigtig for os mennesker på rigtigt mange niveauer, både økonomisk, sundhedsmæssigt og som helt grundlæggende kilde til glæde‚« siger Andreia Miraldo.

LÆS OGSÅ: Klimaets betydning for den biologiske mangfoldighed

Forståelse af genetisk variation er vigtig

Forskerne peger på, at det især vil være vigtigt at følge den genetiske mangfoldighed frem i tiden, så man ikke bare har et enkelt punktnedslag i historien, men får et dynamisk billede af, hvordan vi påvirker biodiversiteten.

»Det handler om, at hvis vi skal forstå livet på Jorden, hvordan det er fordelt, hvordan det er udformet, og hvordan det vil blive fremover, så er vi nødt til at se på udviklingen af den genetiske variation i tid og rum,« siger Carsten Rahbek.

»Hvis vi vil forstå livet på Jorden, så er vi også nødt til at forstå den genetiske variation, og det kan vi begynde på nu.«

Lyt på Videnskab.dk!

Hver uge laver vi digital radio, der udkommer i form af en podcast, hvor vi går i dybden med aktuelle emner fra forskningens verden. Du kan lytte til den nyeste podcast i afspilleren herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Har du en iPhone eller iPad, kan du finde vores podcasts i iTunes og afspille dem i Apples podcast app. Bruger du Android, kan du med fordel bruge SoundClouds app.
Du kan se alle vores podcast-artikler her eller se hele playlisten på SoundCloud

Det sker