For mange er koen næppe meget mere end forstadiet til en bøf – et dyr, der i ro og mag gumler løs på markens græs. Men når koen spiser, er en af evolutionens fornemste opfindelser i aktion: evnen til at udvinde energi fra seje planter.
Koens superkraft er resultatet af unikke genetiske tilpasninger, som har gjort drøvtyggere – den dyregruppe, koen er en del af – til en af klodens mest succesfulde familier. Nu har et stort internationalt forskerhold kortlagt drøvtyggernes evolution vha. arvematerialet, også kaldet genomet, fra hele 44 forskellige arter fordelt over alle seks drøvtyggerfamilier.
Genomerne giver helt nye indsigter i, hvordan drøvtyggerne udviklede deres specialiserede fordøjelsessystem. Undersøgelsen afslørede, at drøvtyggernes gener bl.a. særligt stærkt immunforsvar, som er nødvendigt for at beskytte mod de mange bakterier, der bruges til nedbrydningen af føden. Samtidig tyder meget på, at drøvtyggernes særlige evner kan hjælpe kræftpatienter.
Dna sladrer om evolutionen
Drøvtyggerne er en enormt succesfuld gruppe af pattedyr bestående af mere end 200 arter. Ud over køer er bl.a. hjortedyr, geder, får, bisoner, antiloper og giraffer også en del af familien. Det er det stamtræ, forskerne kortlagde i håb om at få et bedre indblik i drøvtyggernes særlige evner, eksempelvis deres formidable fordøjelsessystem.
Koen er en ædemaskine
Gennem millioner af år har koen udviklet et næsten perfekt fordøjelsessystem, som kan hente 70 pct. af energien ud af seje planter som græs. Til sammenligning kan heste udvinde ca. 30 pct. af energien.
Føden skal på en lang rejse
Når koen spiser græs, passerer det gennem fire maver. I vommen nedbrydes føden og sendes videre til netmaven, som filtrerer de fine partikler fra. Partiklerne sendes videre til bladmaven, som bl.a. trækker vand og salte ud, for til sidst at ende i løben, der nedbryder bakterier.
Vommen: Mikroorganismer fortærer føden
I vommen nedbryder mia. af mikroorganismer planter til næring. Koen har en mur af døde celler (grøn) langs vommen, som holder organismerne ude af kroppens cirkulation, mens såkaldte papilaer (blå) indfanger fedtsyrer.
Netmaven: Føden filtreres
Den anden mave, netmaven, regulerer strømmen af føde. Netmaven fungerer som et filter, der sorterer føden, så kun det tilstrækkelig findelte passerer videre. Resten gylper koen op og tygger igennem igen.
Bladmaven: Celler kanaliserer næring
Bladmaven optager det meste af fødens vandindhold samt små fedtsyrer og salte. Langs væggen fører særlige celler, de såkaldte epitelceller, vand og natriumsalte fra bladene videre til koens blodbaner.
Løben: Mikroorganismer nedbrydes
Løben er den sidste mave inden tyndtarmen. Her udskilles der saltsyre og enzymer, der dræber mikroorganismerne fra vommen og nedbryder deres proteiner til aminosyrer (blå kugler). Dem optager koen som næringsstoffer i tyndtarmen.
Forskerne sammenlignede genomerne fra 44 forskellige arter, hvilket tilsammen blev 40 billioner basepar, og med den kæmpe datamængde formåede de at skabe et sandsynligt stamtræ.
Det afslørede, at drøvtyggerne har gennemgået et ekstremt højt antal af evolutionære forandringer – også kaldet evolutionsraten. Faktisk er den højere end hos nogen anden gruppe af pattedyr. Og netop det gav forskerne en idé om, hvorfor drøvtyggerne har klaret sig så formidabelt i udviklingen.
Maven er en bakteriebombe
Drøvtyggernes succes skyldes i høj grad deres fordøjelsessystem. De formår at udnytte op mod 70 procent af celluloseindholdet i planter, mens andre planteædere er langt mindre effektive. Til sammenligning optager heste kun ca. 30 procent.
Hemmeligheden er fire maver med hver sin vigtige funktion. Ud over den normale mave, som i drøvtyggere kaldes løben, har de udviklet tre ekstra: vommen, netmaven og bladmaven. Sidstnævnte er seneste skud på stammen og opstod for 32-35 millioner år siden, godt 4 mio. år efter at drøvtyggerne adskilte sig fra resten af dyreriget.
Særlig interessant for forskerne var vommen, som er fødens første stoppested og den største af de fire maver. Her lever en tikkende bombe af mikroorganismer. Faktisk er der 10-100 milliarder bakterier, svampe og protozoer i blot 1 ml mavevæske. De omdanner planternes cellulose til små fedtsyrer og glukose, der let kan optages og anvendes som energi, men bakterierne udgør samtidig en potentiel risiko for koen.
I kortlægningen af genomerne fandt forskerne imidlertid en række genetiske tilpasninger, som holder mikroorganismerne i skak, heriblandt proteinfamilien interferoner. Det er dem, som immunceller bruger til at advare hinanden om infektioner, så de kan højne deres forsvar. De er særlig effektive til at aktivere immunforsvaret, så koens mavebakterier ikke udsætter den for livsfarlige infektioner.
Gener skaber perfekte tænder
For at køerne optager mest muligt næring fra føden, bruger de ni-ti timer i døgnet på at tygge på græs. Og for at tygge græsset – og det opgylpede drøv – helt igennem har de udviklet specialiserede tænder til at kværne de hårde plantematerialer med. Kortlægningen af genomerne afslørede 11 gener med mutationer specifikke for drøvtyggerne.
Koens vej til markens hersker
Det har taget koen over 50 millioner år at udvikle sig til den perfekte ædemaskine.
50 millioner år
Drøvtyggernes tidligste forfader, Hypertragulidae, vandt frem i Asien. Den mindede om en meget lille hjort og vejede ikke mere end ca. tre kilo.
35 millioner år
For 35 mio. år siden bliver koens mave fuldendt i en fjern forfader, da bladmaven, som bl.a. indfanger vand og salte, opstår.
23 millioner år
Drøvtyggerfamiliens første horn udvikler sig og følger langt de fleste arter frem til i dag. Kun få arter, fx dværghjorten, har ingen horn.
20 millioner år
Koens nærmeste forfader, uroksen, opstår. I dag er den uddød, men det er lykkedes forskere at fremavle arter, som i høj grad ligner den tidlige urokse.
10.000 år
Koen, som vi kender den i dag, fjerner sig fra vilde urokser. Siden har mennesket tæmmet koen og avlet den, så den i dag er et uundværligt husdyr.
Deres mundtøj er kendetegnet af store, firkantede tænder med flade og let bølgede overflader, manglende fortænder i overmunden og en emalje, der dækker tænderne langt ind under tandkødet. I vores tænder dækker emaljen kun tænderne over tandkødet. Den ekstra emalje gør drøvtyggernes tænder solidere og giver støtte til den omfattende gennemtygning af planteføden.
Gevirer støder kræftceller bort
Da forskerne dykkede ned i generne, fandt de ud af, at drøvtyggernes gevirer kan være til gavn for andet end til kampe om territorier og mager.
Gevirerne kan nu også træde ind i kampen mod kræft.
Hjortes gevirer skyder ekstremt hurtigt i vejret, og gevirerne kan vokse med op til 2 cm om dagen. Den eksplosive vækst skyldes gener, som også er involveret i væksten af kræftsvulster. Kræftceller udvikler sig til svulster ved, at de vækstfremmende gener er overaktive, så cellerne deler sig ukontrolleret.
Det resulterer i, at én kræftcelle hurtigt bliver til mange kræftceller – godt på vej mod en svulst. Men forskerne opdagede, at hjortene har et genetisk modsvar til de potentielt kræftfremkaldende gener, der står bag den flittige gevirvækst.
Forskere har lavet huller ind til køers bladmave, så de nærmere kan studere, hvordan føden behandles. Koen lider angiveligt ingen overlast.
Hjortene har udviklet en række særlige versioner af de gener, som er involveret i reguleringen af celledelinger. Generne kontrollerer celledelingerne i hjortenes gevirer, så de ikke går amok og bliver til kræftsvulster. Disse unikke genvarianter vækker naturligvis stor interesse hos lægevidenskaben, da der alene i 2018 døde næsten ti millioner mennesker af kræft på verdensplan.
Derfor går forskere i gang med at undersøge hjortenes kræftdæmpende genvarianter i håb om, at de kan bruges i fremtidige behandlinger. En oplagt mulighed er genterapier, hvor patienter får behandlet deres egne gener med mutationer, så patientens gener vil imitere hjortens.
Se gevirerne vokse
Manipulering af gener er dog et kontroversielt område med potentielt uforudsigelige konsekvenser. Derfor vil forskerne formentlig først prøve på at fremstille de proteiner, som generne danner, og undersøge, om de er virksomme.
Koen er derfor blevet mere end bare en middagsbøf. Måske kan markens supermutant i fremtiden være nøglen, som vi mangler, i kampen mod kræften.