Darwins »særeste dyr« får deres plads i stamtræet
En gådefuld gruppe sydamerikanske pattedyr, som Darwin kaldte 'de særeste dyr', har endelig fået deres plads i stamtræet, takket være fossilt DNA.
dna planteæder darwin Macrauchenia patachonica

Rekonstruktion af den sære sydamerikanske planteæder Macrauchenia patachonica, som forskerne hidtil ikke har kunnet hitte rede på, fordi den lignede en blanding af flere dyr - en pukkelløs kamel med girafhals og elefantlignende snabel. (Illustration: Jorge Blanco)

På sin verdensberømte rejse med ekspeditionsskibet HMS Beagle, som begyndte i 1831, gik Charles Darwin i land flere gange i Uruguay og Argentina.

Historien kort
  • Sydamerikas oprindelige hovdyr har været en gåde i mere end 180 år, siden Darwin fandt de første.
  • Forskerne kan nu placere et eksemplar, Macrauchenia, i stamtræet, da fossilt DNA viser, dyret er nærmest beslægtet med heste, næsehorn og tapirer.
  • Studiet viser, hvordan bevarede molekyler kan trække hele grupper af uddøde dyr frem af glemslen og give ny viden om, hvad de var for nogle væsner. 

Her fandt han knoglerne af store pattedyr, som han siden beskrev som de »måske særeste dyr, der nogensinde er opdaget.«

De forstenede skeletter og kranier trodsede ethvert forsøg på at klassificere dem med deres besynderlige blanding af træk, som var de flere dyr i ét.

Der var for eksempel Macrauchenia - en kamel uden pukkel med hals som en giraf, for enden af hvilken der sad et hoved med en slags elefantsnabel.

Eller Toxodon, som Darwin købte af en lokal bonde »for en pris svarende til 18 pence«, og som lignede et næsehorn, men med et flodhestehoved og en mund fuld af 'mejselformede' gnavertænder.

Tilbage i London var den store anatom Richard Owen mildest talt forvirret og anede ikke, om han skulle gruppere dyrene sammen med kameler, gnavere eller elefanter.

De uddøde pattedyr ser lyset

De sidste 180 år er situationen ikke blevet et hak bedre, og forskerne er stadig lige forvirrede.

»Vi ved, at de er pattedyr, men ud over det aner vi ikke, hvor vi skal placere dem i stamtræet. Vi aner ikke engang, om de tilhører én eller flere ordener,« siger palæogenetikeren Michael Hofreiter ved Potsdam Universitet i Tyskland.

Eller, det vil sige, lige indtil nu, for med DNA fra et fossil i det sydlige Chile er det for første gang lykkedes Hofreiter og kolleger at knække gåden og tage et første skridt mod at bringe en uddød gruppe af pattedyr frem i lyset, så vi kan lære, hvad de sære væsner var for nogle dyr, og hvordan de levede.

»Det er et virkelig fint og elegant studie,« siger professor i biomolekylær arkæologi ved Statens Naturhistoriske Museum, Københavns Universitet, Matthew Collins, som ikke har deltaget i det nye studie.

Studiet er netop offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Nature Communications.

Proteiner afslørede stamtræet

Siden Darwin har man fundet mange flere fossiler af de sære dyr, som i mangel af bedre klumpes sammen under betegnelsen 'Sydamerikas oprindelige hovdyr'.

toxodon fossiler stamtræ dna

Her ses en rekonstruktion af arten Toxodon, som er et af de to fossiler, forskerne lykkedes med at placere i stamtræet. (Foto: Nobu Tamura/ Wikimedia Commons)

De omfatter omkring 280 slægter, som kun kendes fra Sydamerika, hvor de levede gennem millioner af år.

For omkring 10.000 år siden uddøde arter som Toxodon og Macrauchenia, og ikke en eneste efterkommer har overlevet frem til i dag.

Så dybest set aner ingen, hvad det var for nogle dyr, og fordi dyrene har så modstridende træk, er der heller ingen, som kan blive enige om, hvilke af nutidens dyr de ligner.

Macrauchenia dyr dna darwin genetik

Her er arten Macrauchenia med sin snabel rekonstrueret. Både Toxodon (ovenfor) og Macrauchenia på billedet her er tættest beslægtede med heste, næsehorn og tapirer. (Foto: Olllga/ Wikimedia Commons)

Men for to år siden lykkedes det en gruppe forskere, blandt andet Michael Hofreiter og Matthew Collins, at vriste et foreløbigt svar ud af knoglerne fra to fossiler - Toxodon og Macrauchenia.

Efter forgæves at have prøvet med DNA lykkedes det dem at få fat i et hårdført protein kaldet kollagen, som knoglerne er ekstremt rige på.

Ved at sammenligne de gamle kollagenmolekyler med kollagen fra nutidens pattedyr kunne de vise, at Toxodon og Macrauchenia er tættest beslægtet med ordenen af planteædende pattedyr kaldet uparret-tåede hovdyr (Perissodactyla) som omfatter heste, næsehorn, og tapirer.

Hule i Chile indeholdt DNA

Men selvom studiet var flot, var andre stadig skeptiske - der var trods alt tale om et stamtræ kun baseret på forskellene i ét enkelt protein, og de ligheder, man ser, kan skyldes slægtsskab, men de kan også skyldes, at dyrene hver for sig er 'gået ned ad' samme evolutionære sti – det, man kalder konvergent evolution.

November 26th - I set out on my return in a direct line for Monte Video. Having heard of some giant's bones at a neighbouring farm-house on the Sarandis, a small stream entering the Rio Negro, I rode there accompanied by my host, and purchased for the value of eighteen pence the head of the Toxodon.

Darwin om Toxodon, Uruguay 1834

Men udviklingen i DNA-teknologierne er gået lynhurtigt, så kurator ved American Museum of Natural History i New York, Ross MacPhee, spurgte Hofreiter om ikke de skulle prøve igen.

Denne gang med en langt mere fintfølende teknologi kaldet 'next-gen sequencing'.

»Vi tog prøve efter prøve, og ingenting virkede, men til sidst stødte vi på den her ene prøve af Macrauchenia. Vi fik noget DNA,« fortæller Michael Hofreiter.

Det var fra et fund i en hule i den sydligste del af Chile, hvor klimaet er koldere og formentlig derfor har bevaret DNA'et, hvor alle de andre nordligere prøver ikke gav noget.

Men for at nå så langt som at få en sekvens af Macrauchenia måtte de først udvikle en ny metode.

Svært at finde DNA fra uddøde dyr

Der er et grundlæggende problem ved at jagte fossilt DNA fra uddøde dyr:

Normalt kan forskerne udnytte, at de allerede kender arvematerialet fra nært beslægtede arter til at designe en 'madding', som ligner det fossile DNA nok til, at det så at sige bider på krogen og kan trækkes ud af suppen af DNA fra mikrober af enhver slags.

Det er f.eks. den måde, man kan bruge menneskets DNA til at fiske efter DNA af ældre mennesketyper som neandertaleren.

kort fossiler dna darwin dyr

Kort over fossilerne. Kun det mest sydlige af fossilerne gav DNA. Den frustrerende udfordring er, at størstedelen af mangfoldigheden findes i troperne, hvor det varme fugtige klima hurtigt nedbryder alt DNA. Men fossile proteiner kan muligvis være bevaret og give forskerne svar, selv hvor DNA’et mangler. (Grafik: Westbury et al. Nature Communications (2017))

Men hvad gør man, når et fossil ikke har en plads i stamtræet eller er så fjernt beslægtet, at de skabeloner, man har, er så forskellige, at byttet alligevel ikke bider på?

»Vi brugte ren, rå muskelkraft,« siger Michael Hofreiter.

Kort fortalt kortlagde forskerne alt det DNA, de kunne finde i prøven, indtil de stod med en uhyrlig mængde af mange millioner DNA-sekvenser.

Forfinede maddingen og fiskede igen og igen

Nu tilbage til den store udfordring med at fiske nålen ud af suppen:

Forskerne var så at sige tilbage ved maddingsproblematikken, men forskellen var nu, at alle stumperne var kortlagt og digitaliseret på en computer, så det blev et spørgsmål om at designe et smart søgeprogram.

Det, forskerne gjorde, var simpelthen at lade computerne fiske med madding designet fra forskellige gode bud på slægtninge som næsehorn, heste og tapirer, og hver gang computeren fandt en stump, tilpassede de maddingen ud fra den stump og fiskede en gang til.

På den måde kunne de hele tiden forfine maddingen og fiske lidt mere ud, og ved at gentage processen igen og igen lykkedes det at stykke 13.269 basepar, eller 79 procent, af mitokondrie-genomet sammen.

Det er en lille brøkdel af genomet, som findes i op mod 1.000 kopier i hver celler og er ideelt til at tegne slægtskabstræer.

Tegner et stamtræ ud fra DNA

Forskerne brugte DNA'et til at tegne et stamtræ, som bekræfter fundet fra kollagen:

Macrauchenia er tættest beslægtet med de uparret-tåede hovdyr som heste, næsehorn og tapirer.

Stamtræ darwin uddøde dyr fossilt DNA

I 2015 tegnede forskerne dette stamtræ over de gådefulde oprindelige sydamerikanske hovdyr ved hjælp fossile proteiner. (Grafik: Welker et al./Nature (2015))

»Det er godt, at de finder det samme som med vores protein, og de to studier illustrerer fint styrkerne ved hver metode,« siger Matthew Collins.

»Protein overlever bedre end DNA, men har mindre information. Med DNA får man meget mere information, og vi kan lære meget mere om dyrenes evolutionære historie.«

Et af de dybeste split

Med de nye DNA-sekvenser kan forskerne regne baglæns i tiden og så at sige bruge DNA'et som et molekylært ur til at give et bud på, hvor lang tid der må være gået, siden Macrauchenia splittede ud fra resten af de uparrettåede hovdyr.

»Det er et af de dybeste (ældste, red.) split, vi kender hos pattedyrene, og som går helt tilbage til for omkring 65 millioner år siden, hvor dinosaurerne uddøde. På det tidspunkt blomstrede mange pattedyrslinjer op, fordi landjordens nicher pludselig var tomme,« siger Michael Hofreiter.

Proteiner kan måske løse næste gåde

På den måde har forskerne vist, at det er muligt at løse gåden om uddøde dyrs slægtsskaber, selv når udviklingslinjerne spaltede så langt tilbage i forhistorien, at dyrene ikke ligner noget, vi kender i dag.

Hofreiter er tilbøjelig til at sige, at gåden også er løst for den orden med Toxodon ud fra protein-dataene, men der er stadig tre andre ordener af oprindelige sydamerikanske hovdyr, som ikke er placeret, og som i princippet kan have en helt anden historie.

stamtræ dna dyr darwin hovdyr

Med fossilt DNA kan forskerne nu dels bekræfte stamtræet fra proteinanalysen og dels sætte tidspunkter ind i træet. Det afslører et af de dybeste split i pattedyr-stamtræet, hvor de sydamerikanske hovdyr skiltes fra deres nulevende slægtninge for hele 65 mio år siden i kølvandet på dinosaurernes masseuddøen. Det åbnede landjorden for en rig mangfoldighed af nye former af pattedyr. (Grafik: Westbury et al. Nature Communications (2017))

»Gåden om dem bliver måske aldrig knækket, fordi de uddør så tidligt, at DNA'et måske ikke har overlevet, og måske ikke engang proteiner,« siger Michael Hofreiter.

Men så sent som sidste år fandt Matthew Collins og kolleger 3,8 millioner år gamle proteiner i æggeskaller fra Laetoli i Tanzania og kunne samtidig beregne, at man potentielt kan finde proteiner i mere end 40 millioner år gamle fossiler.

»Det er forbløffende for mig, at protein har kunnet overleve så længe i Afrika, og nu, hvor vi har den ene prøve, er spørgsmålet, om vi kan finde den næste,« siger Matthew Collins og fortæller, at det arbejder de netop nu på.

Så måske vil forskerne også have held med at finde protein fra de ældste af de sydamerikanske oprindelige hovdyr og på den måde få sat dem ind i stamtræet.

Håber at få et komplet arvemateriale

Hofreiter selv håber, at det nye studie vil give nogle af de økonomisk bedre polstrede laboratorier blod på tanden til at samarbejde om at kortlægge DNA fra kromosomerne i cellekernen, der gemmer på de biologisk interessante informationer, som for alvor vil kunne afsløre, hvad 'Darwins sære dyr' var for nogle væsner.

»Det kan lære os meget mere om, hvordan dyrene så ud, og hvordan de levede,« siger Michael Hofreiter og peger på, at generne kan fortælle om f.eks. pelsfarve, tilpasninger til klima og andre ting, som knoglerne ikke røber.

»Jeg ville rigtig gerne vide, om Macrauchenia havde en snabel. Dens næsebor er højt placeret på toppen af hovedet, og det indikerer, at de havde en snabel. Måske kan generne engang fortælle os, om de rent faktisk havde en snabel, og måske endda hvor lang den var.«

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