Dyr bevægede sig fra havet til landjorden for omkring 500 millioner år siden.
For omkring 200 millioner år siden opstod de første pattedyr, og af dem vendte nogle arter tilbage til havet igen.
Denne tilbagevenden til havet er sket gradvist over millioner af år, og de mange års evolution har tilpasset havpattedyr som spækhuggere, hvalrosser og søkøer perfekt til et liv i havet.
Derfor ser de i mange henseender også ens ud.
Eksempelvis har de alle sammen finner, hvor landlevende pattedyr har ben. Havpattedyrene har også fortykket blod for at kunne lagre store mængder ilt, ændret knogletæthed for lettere at komme op og ned i vandet, et tykt spæklag for at holde varmen, og deres ører er designet til at kunne høre under vand.
Havpattedyr er ikke beslægtede
På trods af de mange fællestræk er spækhuggeren, hvalrossen og søkoen alligevel tættere beslægtede med henholdsvis koen, ulven og elefanten, end de er med hinanden.
Forfædrene til havpattedyrene har bare udviklet sig i retning af den samme kropsform, da de på den måde er blevet bedst tilpasset til livet i havet.
Nu viser ny dansk forskning, hvordan generne har formet de vandlevende pattedyr, og hvorfor dyrene på trods af deres fjerne slægtsskab alligevel ser så forholdsvis ens ud.
»Vores forskning viser, hvordan de forskellige vandlevende pattedyr har brugt forskellige gener til at opnå træk, der udefra ser ens ud, men som på det genetiske plan er vidt forskellige. Studiet kan på den måde bruges til at lære noget om, hvordan evolutionen fungerer,« siger studiets hovedforfatter ph.d. Andrew Foote, der har lavet forskningen under en ansættelse som postdoc ved Center for Geogenetik ved Københavns Universitet.
Studiet er netop publiceret i det videnskabelige tidsskrift Nature Genetics.
Dyr udvikler sig på samme måde
Det nye studie behandler det begreb inden for evolutionsteorien, der kendes som 'konvergent evolution'.
Konvergent evolution betyder, at to forskellige arter, der er fjernt beslægtet, udvikler det samme træk for at omstille sig til et givent miljø.
For havpattedyrene betyder det eksempelvis, at spækhuggeren, søkoen og hvalrossen hver især og over millioner af år har omdannet deres bagben til en hale, som kan bruges til at komme frem i vandet med.
Et andet eksempel er, at både insekter, fugle og nogle pattedyr har udviklet vinger og kan flyve.
I det nye studie ville Andrew Foote undersøge, om den tilsyneladende konvergente evolution også findes i generne – altså om de forskellige arter, der med tiden blev til spækhuggeren, hvalrossen og søkoen havde brugt de samme gener til at udvikle de ensartede træk.
»Det ville jo på mange måder give god mening, hvis alle dyrene havde ændringer i de samme gener. Eksempelvis findes der et gen, som er koblet til udviklingen af halefinnen i fisk, mens varianten af genet er koblet til udviklingen af bagben hos landlevende dyr. Man kunne forvente, at dette gen ville være ændret i alle de tre dyr, vi undersøgte,« siger Andrew Foote.
\ Forskellen på spækhuggeren, søkoen og hvalrossen
Spækhuggeren tilhører delfinfamilien, der udsprang for omkring 11 millioner år siden. Allerede for 50 millioner år siden søgte spækhuggernes forfædre mod vandet.
Søkøer delte sig fra deres nærmeste slægtninge på land, elefanterne, for 60 millioner år siden. Søkoens anden tætte landlevende slægtning er klippegrævlingen.
Hvalrosser har teknisk set ikke helt forladt land endnu, da de stadig bruger en masse tid over vandet. Hvalrossernes nærmeste slægtninge er sælerne, mens de nærmeste landlevende slægtninge er rovdyrene, herunder ulve.
Giver ny viden om evolution
Det nye forskningsresultat giver forskerne en helt ny indsigt i de veje, som evolutionen træder, når en art skal tilpasses et nyt miljø.
Eksempelvis forventede forskerne, at evolutionen havde brugt den nemmeste og hurtigste måde til at få spækhuggerens, hvalrossens og søkoens ben til at blive til finner.
Her kunne ændringer i ét enkelt gen have opnået resultatet. Alligevel har hver art fundet anderledes veje til at udvikle hale og finner, viser forskningsresultatet.
»Evolutionen er formentlig meget begrænset i sine muligheder, idet de fleste mutationer i genomet også har negative sideeffekter. Derfor kan man ikke bare forvente, at alle arter vælger den lige vej til at opnå noget, og at genetisk konvergent evolution dermed finder sted. I stedet finder fysiologisk konvergent evolution sted, ved at evolutionen ofte følger forskellige genetiske veje for at opnå det samme mål om fysisk tilpasning til et givent miljø,« forklarer Andrew Foote.
\ Læs også
Begejstret kollega: Spændende bidrag til debatten
Professor Mikkel Heide Schierup fra Center for Bioinformatik på Aarhus Universitet forsker selv i genetikken bag evolution.
Mikkel Heide Schierup har ikke deltaget i det nye studie, men han har læst det og er begejstret for resultatet.
»Det er et interessant resultat, idet forskerne ikke finder klare tegn på konvergent evolution blandt marine pattedyr. Det er spændende, da det er vigtigt for os at finde ud af, hvor mange forskellige måder organismer kan tilpasse sig på genetisk. Det spørgsmål interesserer vi os meget for, og her er resultatet et bidrag til den debat, da det viser, at der nok er en begrænset mængde måder, som generne kan gøre tingene på,« siger Mikkel Heide Schierup.
Gener viser tegn på ensartet udvikling
I sin undersøgelse har Andrew Foote sekventeret genomet for spækhuggeren, hvalrossen og søkoen.
Genomerne har han sammenlignet med genomerne for hunden (oprindelig en ulv), koen og elefanten, for at finde ud af hvilke steder i genomet der havde undergået de største ændringer, siden arterne gik hver til sit for mange millioner år siden.
»Rationalet er, at de største ændringer må være sket de steder i genomet, som har været under det største evolutionære pres for at tilpasse sig til et liv i vandet,« siger Andrew Foote.
Efter at have fundet ud af, hvor de enkelte arter hver især havde ændret sig meget i forhold til deres respektive forfædre, kiggede Andrew Foote efter steder i genomerne, hvor generne havde ændret sig meget på tværs af de tre arter.
»Det ville være et tegn på konvergent evolution, hvis de samme gener havde været under samme stærke selektionspres,« forklarer Andrew Foote.
15 gener udviklede sig ens
Til sin overraskelse fandt Andrew Foote kun 15 gener, som så ud til at have undergået konvergent evolution – det vil sige, at alle tre arter havde lignende ændringer i de samme gener.
Det drejede sig blandt andet om gener, der er involveret i knogletæthed, dannelsen af et tykt fedtlag, ændringer i knoglerne i øret, fortykket blod og blodkoagulation.
Til gengæld fandt forskerne ingen tegn på, at finnerne og halefinnen var blevet til på samme måde i spækhuggeren, hvalrossen og søkoen.
»Vi troede bestemt, at vi i forbindelse med udviklingen af halen og finnerne ville se konvergent evolution i de samme gener, men det gjorde vi ikke. Dyrene havde fundet andre genetiske veje til at opnå det samme fysiologiske resultat,« siger Andrew Foote.
