Evolution – så funkar det

av Tomas Lindblad

Darwins bok ”Om arternas uppkomst genom naturligt urval” publicerades första gången 1859. Ingen vetenskaplig upptäckt har fått samma genomslag i vetenskap, politik, kultur och religion. Idén att arterna har utvecklats ur varandra och att alla djur och växter ytterst är släkt skakade om tron på människan som guds skapade avbild. Men framför allt har den blivit en grundsten för många av de vetenskaper som utvecklats med raketfart under de senaste decennierna. Allt ifrån genteknologi och stamcellsforskning till de nyaste kunskaperna om hur hjärnan fungerar bygger i grunden på evolutionsteorin. Den får helt enkelt biologin att hänga ihop på ett begripligt sätt.

Först…

Vad är evolution, och vad är det inte?

Evolutionen fungerar – mycket enkelt uttryckt – enligt två principer:

1. Individer varierar. En del blir långa, andra blir rödhåriga och åter andra får ett tjockare lager underhudsfett.

2. Långt ifrån alla individer som föds kan överleva för att fortplanta sig. Det blir de som har de egenskaper som är bäst anpassade till sin livsmiljö som lyckas. De bäst anpassade för vidare sina egenskaper till nästa generation och deras gener blir dominerande hos arten.

De här två principerna har tillsammans skapat livets otroliga variation. Evolutionen har lett fram till både mögelsvampar och blåvalar från ett första enkelt ursprung för så där 3 500 miljoner år sedan.

Men trots att det är de bäst anpassade som överlever betyder det inte att utvecklingen alltid leder till perfektion. Ett känt exempel på halvbra lösningar är till exempel vår näthinna. Nervcellerna i ögat sitter framför de ljuskänsliga syncellerna, och det gör bland annat att vi har en blind fläck på näthinnan. Det är en följd av en rad tillfälligheter i miljoner års utveckling. Det hade varit betydligt bättre att byta plats på de två celltyperna. Men det går inte att backa nu. Själva ombyggnadsprocessen skulle kräva att det först uppstod en rad generationer med dålig syn, innan allt hamnat på plats igen. Och så fungerar inte evolutionens principer. Bara förbättrade lösningar överlever. En annan klassiker är pandans tumme. Den använder ett utskjutande handledsben som tumme för att hålla fast bambuskotten den ständigt äter. Den verkliga tummen har redan en annan roll på ramen, så pandan har fått nöja sig med den här stela varianten. Det är lite klumpigt, men det fungerar för pandan.

Det naturliga urvalet leder inte mot allt större komplexitet eller ”högre” varelser. Jo, visst utvecklas komplexa djur – vi själva till exempel. Men människan är snarast ett udda och extremt exempel. Många djur blir tvärtom allt enklare, och tappar organ under evolutionen. Det finns exempelvis tecken på att föregångarna till sjöstjärnorna hade hjärnor. En teori säger att människans stora komplexitet tyder på att vi varit få individer genom historien, och inte utsatts för så hård konkurrens. Vi är alltså inte ”högt utvecklade” i bemärkelsen att vi genomgått många mutationer. Snarare tvärtom visar den genetiska analysen. Och de allra flesta varelser som evolutionen producerat är bakterier.

Evolutionen främjar inte alltid högsta effektivitet

Redan Darwin insåg att en egenskap som lockar många partners av motsatt kön får stort genomslag i genpoolen. Den egenskapen leder naturligtvis till mer avkomma. Meningslösa ornament som långa stjärtfjädrar eller stora hornprydnader är bara i vägen i kampen för brödfödan. Men de kan locka till sig intresserade honor. I vissa grupper av hjortdjur till exempel, är det enbart hanar med de största hornen som får para sig. Men varför gillar honorna stora horn och långa fjädrar? Det är numera helt klarlagt att ornamenten är en uppvisning i livsduglighet. Hanar med stora prydnader har bättre immunförsvar och färre parasiter. Det gör att deras ungar klarar sig bättre. Därför har honor med gener som gör att de tänder på stora horn fler ungar som överlever, vilket gör att honor i senare generationer får samma sexuella preferenser. Och hornen blir allt större – men bara upp till en gräns där de blir alltför bökiga och gör att livsdugligheten minskar igen.

Så här vet vi hur evolutionen fungerar:

Fossil

Fossilen må vara förstenade rester av döda livsformer, men sammantaget ger de en levande bild av livets utveckling på jorden. De visar arternas långsamma förändring genom årmiljonerna, och inga nya fossil har hittills talat emot evolutionsteorin genom att hamna på ”fel” plats i historien. Om man plötsligt skulle hitta resterna av ett däggdjur som levde innan det fanns dinosaurier, eller en fågel som flög runt på den tiden innan fiskarna utvecklats till landdjur, då skulle man börja undra hur det hela hänger ihop egentligen. Men det har aldrig hänt. Tvärtom, fynden passar väl in i teorin, och förstärker den hela tiden. Fossil är dessutom mycket mer än gamla ben. De äldsta säkert daterade fossilen är 2,7 miljarder år gamla. Det är klumpformade lämningar efter bakteriekolonier från livets tidigaste skede som kallas stromatoliter. Andra former av fossil är fotspår, avtryck från hud eller blad, frön och pollen. Under de senaste åren har till exempel välbevarade fossil från Kina gett oss nya kunskaper om hur de första befjädrade dinosaurierna såg ut. Avföring är en annan fossiltyp som kan avslöja mycket om tider som passerat. Ett exempel är gräsens utveckling. Det finns ont om lämningar efter de tidigaste gräsarterna. Men däremot har man hittat rester av primitiva gräs i fossilt dinosauriebajs som visar när och hur världens slätter började täckas av gräs. Det går till och med att avläsa hur storleken på arternas genuppsättningar varierat genom att se hur storleken hos cellerna förändrats. Och en av de senaste nya upptäckterna från fossil är att fiskar för 380 miljoner år sedan födde levande ungar och troligen var en av de första arterna som hade sex. Men fossilen bär på en paradox. De djur och växter som bevaras på det här sättet är extremt få. Och bara en försvinnande liten del av det som trots allt blivit fossil hittas av oss människor. Därför talar man ända sedan Darwins dagar om luckor i fossilmaterialet. Vi kan inte ens hoppas på att hitta alla de varianter av arterna som någonsin existerat. Men samtidigt är mängden av fossil av olika slag så stor att man kan göra ekologiska analyser av miljöer som försvunnit för länge sedan. Till exempel hur näringskedjorna i havet såg ut för en halv miljard år sedan. Det beror på att mängden av levande varelser som har funnits genom tiderna är så överväldigande stor att bara en mikroskopiskt liten bråkdel av dem kan fylla världens museer.

Molekylernas budskap

Om allt levande har utvecklats från ett gemensamt ursprung så betyder det att de mekanismer som håller livet igång också borde fungera enligt gemensamma principer. Och det gör de verkligen. Ju mer vi lär oss om de myriader av kemiska processer som ständigt pågår i alla celler, desto tydligare blir bilden: det som gäller för elefanten gäller också för coli-bakterien. Ett ämne med en viss funktion i en cell förändras i en ganska konstant takt genom tidsåldrarna. Ett exempel är Cytokrom-c, ett litet protein som deltar i cellernas energiomsättning. Det fungerar likadant i nästan alla djur, men bara nästan. Små skillnader i ämnets uppbyggnad signalerar när djurgrupperna skildes åt i evolutionen. Man kan säga att receptet för cytokrom har förändrats med ett visst antal ingredienser per årmiljon. Genom att se hur många procents skillnad det finns i cytokrom mellan till exempel häst och människa så får man ett mått på hur nära släkt vi är. Men det är inte bara proteinerna vi har gemensamt. DNA-molekylens struktur och den genetiska koden är densamma hos allt som lever. Generna förändras genom mutationer, och det gör att arterna utvecklas. Men de gener som har de mest grundläggande uppgifterna har hängt med genom evolutionen för att om och om igen göra samma jobb i helt nya arter. Man brukar säga att de är konserverade. De gener som bestämmer grundstrukturen för hur ett embryo ska utvecklas, till exempel var på kroppen extremiteter eller ögon ska hamna, är i princip desamma i en bananfluga som i en kyckling. De fungerar även om man låter dem byta plats med varandra, och flyttar flugans gen till en kyckling. Trots att det var 670 miljoner år sedan flugor och fåglar hade en gemensam föregångare. Och den gen som avgör om en snäcka ska vrida sitt spiralformade skal med- eller moturs är samma gen som avgör skillnaderna mellan höger och vänster kroppshalva hos ryggradsdjuren. Vi talar om ett mycket gammalt gemensamt arv.

Evolution mitt framför näsan

Är det något som man definitivt kan säga om evolutionen är att den går långsamt enligt våra vardagsmått. Den kräver många, många generationers slumpmässiga förändringar för att det naturliga urvalet ska slå igenom. Chansen att verkligen se hur evolutionen fungerar är då förstås störst om man studerar varelser som förökar sig snabbt. Ett exempel på evolution i realtid är utvecklingen av bakterier som är resistenta mot läkemedel. Antibiotika skapar en extremt tuff miljö, där bara några enstaka bakterier i varje generation kan klara sig. Men om de lyckas föra sina gener vidare så kan snart en motståndskraftig population uppstå. Den första kända superbakterien var stafylokocken, som hade stammar med resistens mot penicillin redan 1947, fyra år efter att man började använda medlet i stor skala. Under 2008 lyckades biologen Richard Lenski se hur en helt ny egenskap uppstod hos coli-bakterier i laboratoriet. Efter cirka 31 500 generationer hade bakterierna i en av hans många odlingar lyckats lära sig leva på ett helt nytt näringsämne. Eftersom han sparat var 500:e generation i frysen kunde han gå tillbaka i utvecklingen för att se om samma sak hände igen när han tinade upp dem och lät dem föröka sig. Det gjorde det om han backade till generation 10 000, men inte längre. Just där tycks alltså en mutation uppstått hos någon individ i just den skålen som kom att slå igenom i hela populationen. Med tillräckligt mycket tid och antal individer kunde Lenski se hur evolution ser ut medan den pågår. Det är svårare att upptäcka de långsamma processerna i naturen. En av orsakerna till att nya arter uppstår är att grupper inom samma art slutar att fortplanta sig med varandra, och med tiden glider isär genetiskt. En vanlig mekanism är att de helt enkelt inte kan träffas längre. Öar har ofta en helt egen och unik uppsättning av arter som utvecklats i avskildhet. Det var bland annat de många olika arterna av finkar på Galapagos som fick Darwin att tänka i de här banorna. Det kan också vara parningsbeteendet som ändras i en grupp, så att de slutar att föröka sig med främlingar. Fåglar sjunger nya sånger och skapar på så sätt nya populationer som bara parar sig inbördes. Insekter kanske börjar utsöndra förändrade doftämnen som bara attraherar en liten grupp av det motsatta könet. På så sätt kan små förändringar dra upp gränser inom arterna, som med tiden blir allt skarpare tills vi har helt skilda arter. Sådana processer pågår ständigt runt om oss, men med så små steg i taget att de oftast inte går att urskilja ens över generationer.

Rudiment – de kvarglömda resterna

Evolutionen förändrar livet en liten bit i taget. Det innebär att det inte hux flux kan uppstå helt nya strukturer, utan bara de celler, vävnader och organ som redan finns blir lite annorlunda. Och efter många generationers anpassning till specifika miljöer kan de bli mycket annorlunda. Fiskarnas gälar har blivit landdjurens öron och frambenen hos vissa dinosaurier är det som i dag är fåglarnas vingar. Men alla organ förändras inte. De kanske bara tappar sin funktion och blir rester. Evolutionen har ingen arkitekt och resultatet är inte alltid det mest fulländade. Valar var en gång landdjur, och är nära släkt med flodhästarna. De har fortfarande bakben i form av små till synes oanvändbara skelettbitar i bakkroppen. Flera arter av mullvad har små ögon bakom pälsen som den inte kan använda. Strutsen, och många andra markbundna fåglar, har trots allt vingar. Resterna, eller rudimenten, blir kvar så länge det inte kostar något att behålla dem. Så länge de är små och ur vägen och inte orsakar sjukdomar. I så fall finns inget tryck från det naturliga urvalet som kan driva evolutionen att helt ta bort dem. Vi har också våra rudiment, men kanske inte alltid där man tror. En gång sades de minsta tårna vara överblivna rester, liksom lymfkörtlarna och tonsillerna. I dag vet vi att de alla har viktiga funktioner. Blindtarmsbihanget kanske inte heller är meningslöst. Det finns forskare som tror att det fått en ny funktion som reservoar för viktiga tarmbakterier. De kan gömma sig i det maskformiga utrymmet för att snabbt fylla på förråden efter en maginfektion. Större enighet råder däremot om visdomständerna. De anses vara på väg ut ur vår utrustning, eftersom de egentligen inte får plats i munnen längre. Jacobsons organ kallas ett slags extra doftorgan som många djur använder för att kommunicera med doftsignaler, feromoner. Vi har ett rudiment av samma organ i näsan. Två fakta bevisar att det bara är en rest: Inga nervceller ansluter organet till hjärnan, och de gener som ska koda för de viktiga doftsensorerna i organet är inaktiverade hos oss. När håren reser sig på kroppen upplever vi också ett evolutionärt minne. Vi blir inte varmare av det, och vi lyckas inte skrämma någon genom att bli större. Men kanske gåshuden har fått en ny funktion – att förstärka emotionella upplevelser.

Fosterutvecklingen

Redan vid 1800-talets början kunde forskarna se sambandet. Foster från helt skilda arter gick genom påfallande lika stadier som embryon. Efter Darwin lanserades teorin att fostret upplevde artens evolutionära historia i snabbspolning. Det stämmer på ett ungefär. Det betyder inte att däggdjuren först är små fiskar, för att sedan bli reptiler och så vidare. Men det innebär till exempel att drag som utvecklats senare under evolutionen uppträder senare också i fosterutvecklingen. Samtliga ryggradsdjur får en sträng av nervceller tidigt i sin utveckling. Medan människans främre storhjärna utvecklas allra sist i moderlivet. Många egenskaper dyker upp längs vägen för att sedan försvinna. Alla däggdjursfoster får gälöppningar under en period, och som foster har vi svansar som så småningom försvinner. Allt det här är helt i överensstämmelse med evolutionsteorin om man tänker sig att mekanismen som skapar själva den förändring som är evolutionens kärna, sker genom nya inställningar i programmet för fosterutvecklingen. I dag vet vi att det är just så det går till. En förändring i de gener som slår på och av sekvenser i proteintillverkningen hos ett växande foster kan förändra storlek, färg och form på kroppsdelar och organ. De varierande storlekarna på darwinfinkarnas näbbar styrs till exempel av när och var produktionen av ett enda signalämne slås på i finkarnas ägg. Sådana här förändringar i utvecklingssekvensen har störst chanser att lyckas om de hamnar sent i programmet. Det beror på att förändringar i ett tidigt stadium riskerar att störa hela planen, och leda till en avkomma som inte är livsduglig. De nya mutationer som stannar i genpoolen är därför de som hamnar sist i hela följden. De tidiga stegen i processen blir ofta kvar, även i de fall där de suddas ut av senare utvecklingssteg.

Artikeln är publicerad här med vänligt tillstånd från Tomas Lindblad.

Kommentarer inaktiverade.