Genetikere vender bunden i vejret på Darwin

Et regulært paradigmeskift synes på vej inden for biologien: Vi er ikke toppen af evolutionen men nederst i hierarkiet, og må derfor beskytte os fra undergang ved at blive mere komplekse.

Læs hele artiklen som pdf


Det er ikke gået op for så mange endnu, men ideen om, at menneskets evolution er lig med 'survival of the fittest' - altså at den bedst tilpassede overlever - er for længst blevet marginaliseret af ny viden. Ikke fordi Darwin tog fejl, men fordi der findes mange andre mekanismer, som er langt stærkere i livets udvikling end den naturlige udvælgelse.

»Den naturlige udvælgelse har længe været forfærdeligt overvurderet,« siger professor Ariel Fernandez fra Rice University i Houston, Texas.

»Teorien er smuk og viser Darwins store evne til at observere sin omverden, men at anvende den dogmatisk på mennesker og højere eukaryoter er vanvittigt. Med så lille en popula­tion, og så stor en sandsynlighed for at fiksere negative eller neutrale mu­ta­tioner i en population via tilfældig drift, giver den ingen mening, hverken i et dynamisk eller evolutionært perspektiv.«

De seneste 20-30 års forskning viser med stadig større tydelighed, at det ikke er Darwins lære, men snarere det rene held, der har gjort os så smukke, som vi er. Miljø, migration, genetisk drift og varierende popula­tionsstørrelser har været langt mere afgørende for, hvordan mennesker ser ud og overlever, end den naturlige udvælgelse af tilpassede kendetegn.

Også nede i proteinerne og generne foregår der processer, som får den naturlige udvælgelse til at ligne en skildpadde i et racerløb: Gen-duplikation, rekombination og ophobning af neutrale og dårlige mutationer er langt mere effektive til at skabe en unik art. For hvis der kun var darwinistisk selektion, ville der nok ikke leve andet end bakterier på denne jord.

Altmuligmænd bliver eksperter
Ariel Fernandez har sammen med Jianping Chen fra Beijing Universitet analyseret tusinder af humane pro­teiner og deres kodende gener. I en artikel i fagbladet Genome Research viser de, at vores biologiske kompleksitet i høj grad skyldes de mange gen-fordoblinger, som er blevet ophobet i kroppen, og efterhånden har skabt specialiserede proteiner til hud, knogler, organer, blod, immunsystem, hjerne og så videre. For hver af disse celletyper er der brug for endnu flere specialiserede proteinkodende gener, som vedligeholder og regulerer dem.

»Hele apparatet bliver langsomt mere og mere specialiseret, og til sidst havner man i en niche, hvorfra man ikke kan komme ud igen,« siger Fernandez. Bakterier har ikke det problem, og deres tilpasningsevne er langt bedre end de flercellede organismers. I en streng biologisk forstand står bakterier og mikroorganismer derfor højere i den evolutionære hakkeorden end mennesker.

»Vi ligger sidst i den evolutionære hastighedsfordeling, mens bakterierne ligger i front. Det kan meget vel skabe en flaskehals, og hvis der var store omvæltninger, så ville vi mennesker sikkert være nogle af de første til at forsvinde,« forklarer Fernandez.
Til gengæld kan multicellulære organismer som os udvikle alternative strategier, der immuniserer os fra selektionstrykket: »Kopieringen af gener skaber ubalance i systemet, som koster en smule fitness, men til gengæld opnås en højere kapacitet,« siger Fernandez.

»Forestil dig to ansatte i et firma, som skal gøre det samme arbejde. Det gør dem lidt dovne. Chefens eneste retfærdiggørelse for at beholde dem begge er at få dem til at gøre hver sit, dvs. specialisere dem.«

»Sådan er det også i vores krop. Arbejdsopgaverne bliver finjusterede ved hjælp af mikro-RNA og skaber en arbejdsdeling. Forudsætningen for, at det kan ske, er en tilfældig ikke-adaptiv proces, men resultatet er i sidste ende alligevel en højere lokal fitness via en højere kapacitet til specialisering.«

Neutral evolution og genetisk drift
Konkret viser Fernandez og Chen, at paraloge gener (opstået via gen-duplikering) ophober flere tilfældige og fitness-negative mutationer end andre gener, hvilket gør at de pakkes dårligere i genomet. Det åbner muligheden for nye interaktioner med andre gener, hvilket giver ny muligheder for specialisering, hvorved fitness-tabet kan indhentes.

»Netop dette er de potentielle rødder for nye protein-protein interaktioner, som er kendetegnende for udviklingen af komplekse, multicellulære arter,« siger professor i evolution og populationsgenetik Michael Lynch fra Indiana University i USA i en kommentar til offentliggørelsen.

»Med andre ord kan visse nøgleaspekter af evolutionen have deres oprindelse i komplet ikke-adaptive processer.«

Lynch har tidligere vist, at den naturlige udvælgelse er langt mindre effektiv i mennesker end i for eksempel bakterier, fordi den langt mindre populationsstørrelse hos mennesker gør, at vi nemmere bliver fanget af neutrale eller svagt negative mutationer. En tilbundsgående analyse af den idé stammer fra japaneren Motoo Kimura, som i 1960'erne udviklede 'den neutrale teori' for evolutionen (se boks).

I et idéhistorisk perspektiv var den neutrale teori derfor af stor betydning, for nu var det ikke 'de bedst tilpassede', der var afgørende for overlevelsen, men selve mangfoldigheden og plasticiteten, det vil sige popula­tionens evne til at bevæge sig sammen med omverdensbetingelsernes gradvise forandringer.

En passende analogi til den neutrale teori kunne være den frie grundforskning, hvor man i begyndelsen måske ikke kan forstå, hvad de mange skøre forskere (= tilfældige muta­tioner) skal bruges til andet end at belaste forskningsbudgettet (= ineffektiv selektion), men efterhånden viser det sig (= neutral drift) at de bliver til vigtige eksperter (= specialisering) som er uundværlige (= fiksering) for at få samfundets mange elementer til at fungere sammen (= øget kompleksitet). At vi mennesker faktisk eksisterer, kan altså (med et glimt i øjet) ses som et bevis for, at den frie grundforskning kan betale sig.

Ikke poppet nok
Årsagen til at den ikke-adaptive neutrale teori ikke har fundet indpas i folkemunde er ifølge videnskabsfilosoffen Peter C. Kjærgaard fra Århus Universitet og Cambridge University at den er for svær og for usexet:

»Det ringe kendskab til den neutrale teori skal ses i sammenhæng med et generelt meget ringe kendskab til standardbegreber i evolu­tionsteorien. De fleste kender til 'naturlig selektion', men så stopper den almene viden,« forklarer Kjærgaard.

»Det betyder desværre også, at mange opfatter evolutionsteorien som en 'simpel' teori i forhold til andre videnskabelige teorier, en teori som er let at forstå, let at sætte sig ind i, og derfor også let af afvise. Den videnskabelige virkelighed er meget langt fra denne udbredte populære opfattelse.«

Ifølge Kjærgaard har den neutrale teori faktisk også været central i den videnskabelige diskussion af evolu­tionsmekanismer siden 1860'erne, hvor selv Charles Darwin og Alfred Russell Wallace og andre biologer diskuterede eksistensen af ikke-adaptive evolutionsmekanismer. »Den neutrale teori voksede ud af den diskussion, der så blev genoplivet i 1960'erne. Den britiske genetiker J.B.S. Haldane talte også om det i 1930'erne.« siger Kjærgaard.

»I dag spiller den en væsentlig rolle for vores forståelse af genetisk drift, men er stort set ukendt uden for fagkredse. Det er derfor en påmindelse om, at vi har en stor og vigtig opgave i forhold til at udbrede et grundlæggende og mere nuanceret kendskab til moderne evolutionsforskning både i den almene befolkning og i børne- og ungdomsuddannelserne. Den britiske regering har netop taget initiativ til at styrke evolutionsundervisningen i skolerne. Det kunne vi lære noget af i Danmark,« siger Kjær­gaard.

Hvem er på toppen af bjerget?
En lang række forskningsresultater har siden 1960 vist, at Kimuras koncept om neutral evolution langt hen ad vejen er nok til at drive evolutionen frem for arter som os. I sommer kunne en forskergruppe med førsteforfatter Graham Coop fra Universitetet i Chicago for eksempel fortælle om undersøgelser af genvarianter hos 1.000 mennesker fra forskellige steder på kloden, som viser, at geografisk udbredelse og neutrale mutationer er meget mere effektive end den naturlige udvælgelse.

Også Michael Lynch har i en meget anvendt lærebog blandt populationsgenetikere vist, hvor vigtigt den neutrale teori er for organismers udvikling, lige som japaneren Tomoko Ohta har vist, at selv svagt negative mutationer kan skabe nye egenskaber. Sidste år udgav schweizeren Andreas Wagner en række artikler, der forsøger at sammentænke de selek­tive og neutrale teorier. Ved hjælp af nye data fra molekylære fænotyper kunne han vise, hvordan neutrale mutationer jævner vejen for adaptive processer, og dermed skaber forudsætninger for at arter i det hele taget kan udvikle sig.

Bakterier har en fordel: de er simple og mange, og kan derfor tilpasse sig hurtigere. Mennesket har en anden fordel: vi er få og komplekse, og kan derfor specialisere os ved hjælp af neutrale mutationer og genetisk drift. Det vender den vulgære darwinisme på hovedet: Hvis de bedst tilpassede ligger 'på toppen', så ligger vi i bunden. Men vi mennesker er så selvoptagede, at vi nok skal finde ud af at genindsætte os som herskere på toppen af evolutionen. Vi skal bare lige lære at forstå, at det sejeste ikke er at være de mest tilpassede, men at være de mest komplekse væsner her på Jorden.

Vigtigere end Darwin?
Motoo Kimura (1924-94) var matematisk biolog og regnede sig frem til, at neutrale og svagt negative mutationer er af stor betydning for arters udvikling. At mutationer er neutrale eller svagt negative betyder, at de ikke ændrer selve funktionaliteten af en organisme, men blot ophobes i en population uden de store problemer.

Hvis der er tale om en lille population, kan det medføre, at en af disse mutanter dominerer eller fikseres via genetisk drift, hvorefter arten 'sidder fast' i en ikke helt optimal fitness. I store populationer kan mange neutrale mutanter til gengæld også fungere som en slags surfbræt til hurtigt at kunne tilpasse sig nye situationer.

Kimuras såkaldte neutrale teori anses af mange biologer for at være stærkere end Darwins naturlige udvælgelse.

0 comments:

There was an error in this gadget