Evolutionsforskning: Nutidens metoder overgår Darwins vildeste fantasi
Det er ikke en nem opgave at tyde arters oprindelse, når de er flere millioner år gamle. Men heldigvis kan 'det molekylære ur', hvor fortiden tydes gennem forskellige organismers gener, hjælpe os godt på vej.

I 150 år har forskere arbejdet på at færdiggøre Darwins drøm 'Livets Træ', som er en oversigt over arters udvikling igennem tid. (Foto: Colourbox)

 

I år er det 150 år siden, Charles Darwin fandt frem til de forskellige slægtsforbindelser imellem alt liv.

Lige siden har forskere arbejdet på at færdiggøre Darwins drøm »Livets Træ«, som er en oversigt over arters oprindelse.

Nutidens metoder til at spore arternes oprindelse ville nok overgå Darwins vildeste fantasi. Forskerne bruger nemlig 'det molekylære ur', hvor fortiden bliver tydet gennem de forskellige organismers gener.

På den store skala har det molekylære ur gjort det muligt for palæontologer at afsløre, hvad evolutionen har medført igennem millioner af år.

På den lille skala har det molekylære ur gjort det muligt for epidemiologer at spore sygdommes spredning igennem flere årtier.

Det molekylære ur, der også er kendt som 'evolutionsuret' eller 'genuret', bruger de biologiske arvematerialer, der er informationer i form af genetiske molekyler (typisk DNA), som alt liv arver fra den tidligere generation.

Fordi arvemateriale ændrer sig over tid, kan forskerne bruge det til at måle, hvornår de første evolutionære ændringer fandt sted.

DNA er som en oldgammel bog

En metafor kan illustrere, hvordan informationerne bliver givet videre over tid: Forestil dig et isoleret kloster, hvor en oldgammel bog kopieres og gives videre til nye generationer af munke.

Et år beslutter en munk sig for at rejse ud i verden og bosætter sig i et nyt kloster. Han har taget en kopi af bogen med sig, som han fortsætter med at kopiere til nye generationer. Undervejs i munkens kopiering sker der små fejl, men de har ingen betydning for bogens handling, så de bemærkes ikke.

Efter hundredevis af år finder en forsker de to klostre. Hun finder ud af, at deres oprindelse må være fælles, da begge klostre har en bog, der minder så meget om hinanden, at de ikke kan være blevet skrevet hver for sig.

For at finde ud af, hvornår klostrene opstod, studerer hun forskellene på bøgerne. Forskellene kan for eksempel være variationer i stavningen, der typisk forekommer i en stabil rate.

Metaforen med bøgerne kan overføres til de genetiske koder

Forskeren finder frem til, at der er omkring 100 forskelle per side og udregner, at bøgerne derfor må være skrevet for omkring 500 år siden (100 forskelle, der hver har taget ti år at opstå, delt med de to bøger).

De metaforiske bøger repræsenterer genomet, og hvert kapitel et gen, der består af sekvenser af nukleotiderne A, T, C og G. Klostrene er arter, og munkene er individuelle medlemmer af arten.

Forskellene, der opstod som små fejl undervejs i kopieringen, er genetiske mutationer.

Forestil dig et isoleret kloster, hvor en oldgammel bog kopieres og gives videre til nye generationer af munke. Et år bosætter en munk sig i et nyt kloster. Han har taget en kopi af bogen med sig, som han fortsætter med at kopiere til nye generationer. Undervejs i munkens kopiering sker der små fejl, men de har ingen betydning for bogens handling, så de bemærkes ikke. Processen kan sammenlignes med, hvordan genetiske mutationer opstår. (Foto: Colourbox)

Ændringer, der ikke ændrer på DNA’s funktion, kaldes en tavs mutation. De tavse mutationer kan ske, uden de bemærkes eller efterfølgende bliver kasseret i den naturlige selektion.

Fordi vi i dag er i stand til at læse de genetiske koder, kan vi sammenligne arters arvemateriale og på den måde finde frem til deres individuelle evolutionshistorie.

Det molekylære ur har nogle svagheder

Dog er der nogle usikkerheder ved det molekylære ur, fordi biologi er så komplekst.

Følgende tre aspekter kan nemlig vildlede det molekylære ur:

1. Sammenløbet evolution: Hvor forskellige arter individuelt udvikler sig, så de minder om hinanden. Dette gør det let at forveksle arterne til at være tæt relateret.

For eksempel er delfiner og hajer ikke tæt relaterede, selvom de ser ens ud. De har begge udviklet sig, så de har de bedst mulighed for at overleve og er endt med et udseende, der ikke er langt fra hinanden. Det samme kan ske med DNA.

2. Hurtige ændringer: Nogle gener kan udvikle sig så hurtigt, at ændringerne sker hurtigere, end hvad der egentlig er proportionalt med tiden.

Dele af genomet bliver sommetider fordoblet, tabt eller flyttet (horisontal genoverførsel), hvilket kan gøre det svært at sammenligne generne. For at undgå disse fejl skal data vælges med omhu.

3. Raten: Et andet problem er, at raten af genetiske ændringer ikke altid er stabil. Forskellige dele af genomet udvikler sig i forskellige rater, som også ændrer sig over tid.

Løsningen kan være at bestemme mængden af genetiske ændringer, som man i forvejen kender til, til en bestemt tid, man i forvejen kender til (fossil kalibrering).

Hos nogle slægter ved man, hvor længe slægten delte stamfader med en anden, hvis der er fundet en fossil af stamfaderen. Ved hjælp af radiometrisk datering kan man bestemme alderen på stamfaderen.

Tiden, hvor de to slægter blev adskilt, kan beregnes ved at finde forholdet mellem mængden af genetiske ændringer og tiden, hvor de to slægter blev adskilt.

Gode resultater trods mangel på præcision

Det molekylære ur kan altså ikke altid levere høje niveauer af præcision, men hvis det bruges rigtigt, kan det stadig levere gode resultater.

Man kan sige, at manglen på præcision afspejler vores usikkerhed på fortiden. Og alle arterne blev jo ikke udviklet øjeblikkeligt, men over en betydelig lang tidsperiode.

Chimpanser og mennesker havde en fælles stamfader. Men der er forskel på at sige, at chimpanser og mennesker blev adskilt fra stamfaderen for 8.028.519 år siden, eller om de blev for 8 millioner år siden plus/minus 300.000 år. Denne form for usikkerhed kan blive minimeret ved fossil kalibrering og tilgang til mest mulig data. (Foto: <a>Shutterstock</a>)

Som eksempel er der forskel på at sige, at chimpanser og mennesker blev adskilt fra stamfaderen for 8.028.519 år siden, eller om de blev for 8 millioner år siden plus/minus 300.000 år.

Denne form for usikkerhed kan blive minimeret ved fossil kalibrering og tilgang til mest mulig data.

Det molekylære ur har givet vigtig viden

Det molekylære ur har givet os viden om evolution i både korte og lange tidsskalaer.

I 2012 konkluderede forskere, at AIDS-epidemien i Indien havde en fælles stamfader for 40 år siden, og på den måde kunne de udlede sygdommens spredning.

Forskerne kunne altså forudsige, hvilke områder sygdommen ville sprede sig til, så det pågældende område havde mulighed for at forberede sig. Forskerne reddede dermed utallige liv.

Palæontologer bruger det molekylære urs teknik til at grave ned i svært tilgængelig historisk stof, der kun har dårlige, fossile registre.

For eksempel er pingviner kendt for at stamme fra en stamfader, der levede for omkring 20 millioner år siden, hvilket geologisk er meget kort tid siden. Det første cellulære liv, der stammede fra bakterier, menes at have eksisteret for over 1,2 milliarder år siden.

Darwin ville være stolt

Disse eksempler giver en værdifuld indsigt i de tidligere miljømæssige forhold og giver os endnu mere viden om evolution.

Og mens vi tilnærmer os en bredere og bredere forståelse og viden om evolution, bekræfter det os endnu mere i, at Darwin dengang udførte en særdeles omfattende skitse af Livets Træ.

Hvis Darwin kunne genopstå fra sin grav, ville han nok blive glædeligt overrasket over, hvad der sidenhen er blevet opnået. Som for eksempel det relativt nye fund om slægtskabet mellem flodheste og hvaler og det forhistoriske sammenhænge mellem bakterier og mitokondrier.

Med det molekylære ur bygger vi ikke kun ovenpå Livets Træ, men får også indblik i grenenes blade og røddernes dybde.

Al Tanner hverken arbejder for, rådfører sig med, ejer aktier i eller modtager fondsmidler fra nogen virksomheder, der vil kunne drage nytte af denne artikel, og har ingen relevante tilknytninger. Denne artikel er oprindeligt publiceret hos The Conversation.

Oversat af: Ida Kløvgaard

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.