Evolution

Evolutionen går baglæns

Dyr kan udvikle sig tilbage mod deres forfædre. Hidtil har forskere troet, at fænomenet var umuligt, men nye algoritmer og genetiske analyser viser, at det er sket for firben, frøer og tilmed mennesker.

Shutterstock

Højt oppe i Andesbjergene kravler et højgravidt firben rundt mellem klipperne. Pludselig stopper hun op og spreder bagbenene. Kort efter stikker et lille hoved ud bagved, omsvøbt af en tynd og gennemsigtig membran, som moren straks river itu. Et kvarter senere løber tre nyfødte unger rundt.

Sådan har det lille firben og dets artsfæller fået unger, siden deres forfædre tog et drastisk evolutionært skridt for 30 millioner år siden og begyndte at føde levende unger i stedet for at lægge æg. Skiftet i firbenenes biologi var så omfattende, at forskerne hidtil har anset det for umuligt, at de skulle kunne gå tilbage til at lægge æg igen.

Men en ny undersøgelse udført i 2018 af forskere fra Chile og Australien har afsløret, at det allerede er sket for nogle firbenarter.

Bjerge tvang evolution frem og tilbage

Først lagde de æg, så fødte de levende unger, og nu lægger de æg igen. Sydamerikanske firben overrasker forskerne.

50 millioner år siden: Fjerne forfædre lagde æg

Ligesom de fleste andre firben lagde forfædrene til den sydamerikanske firbenslægt Liolaemus æg. På dette tidspunkt var Andesbjergene endnu ikke dannet.

30 millioner. år siden: Bjerge satte gang i fødsler

Andesbjergene skød i vejret, og de nye højder betød kulde. I kulden var det en fordel at lade ungerne udvikle sig færdigt i morens varme mave og føde levende unger.

20 millioner. år siden: Lavland bragte æggene tilbage

Senere vandrede nogle af firbenene ned til lavlandet. Her var vejret varmere, og det blev igen fordelagtigt at lade ungerne udvikle sig i et æg.

Opdagelsen har sammen med andre nye undersøgelser afsløret, at dyr kan genvinde træk, som deres forfædre mistede for flere hundrede millioner år siden. Dermed springer evolution frem og tilbage i langt højere grad end tidligere troet. Og fænomenet kan endda ses på vores egen krop.

Lov forbyder baglæns evolution

Omfattende evolutionære ændringer, som de sydamerikanske firbens overgang fra æg til levende unger, er helt normale i naturen. Slanger har mistet benene, mennesker har tabt halen, og pingviner kan ikke længere flyve.

Nye betingelser kan gøre træk overflødige eller uhensigtsmæssige, og derfor må dyr af og til skille sig af med gamle træk. Men når de først er tabt, er de tabt for evigt – sådan lyder den såkaldte Dollos lov i hvert fald. Loven blev fremlagt af den belgiske palæontolog Louis Dollo i 1890, og den fortæller, at evolution ikke kan gå baglæns.

Siden da har idéen af gode grunde domineret evolutionslæren. For gendannelsen af et tabt træk kræver tilsyneladende en enormt usandsynlig proces, hvor en række ændrede gener skal ændres nøjagtigt tilbage til deres tidligere form. I tilfældet med firbenene ser genændringerne ud til at være omfattende.

De fleste firben og slanger lægger æg, men omkring 20 procent af arterne føder levende unger i stedet.

© shutterstock & Lotte Fredslund

Overgangen fra at lægge æg til at føde levende unger kræver omstruktureringer i fødselskanalen, kraftig fortynding af æggeskallen, udvikling af en moderkage og ændringer i immunsystemet, så moren ikke frastøder ungen som et fremmedlegeme.

Dollos lov har stået fast i over 100 år, og det er ikke kun, fordi den virker fornuftig ved første øjekast. Indtil nu har forskerne simpelthen ikke haft værktøjerne til at afkræfte den. Men avancerede algoritmer og nye metoder til at aflæse dna gør det nu muligt at skabe detaljerede overblik over millioner af års evolution – og dermed afsløre nogle af evolutions største hemmeligheder.

Algoritmer spoler tiden tilbage

Stamtræer er nøglen til dyrenes og vores egen fortid. Et stamtræ kan fx fortælle os, at menneskets nærmeste og fjerneste slægtninge blandt pattedyrene er dækket af pels. Derfor må vi selv stamme fra dyr med pels.

På samme måde kunne australske og chilenske forskere i 2018 for første gang afsløre, at flere grupper af æglæggende firben fra Sydamerika nedstammer fra forfædre, som fødte levende unger. Med andre ord har de sydamerikanske firben i løbet af deres udviklingshistorie taget skridtet fra æg til levende unger og så tilbage til æg igen.

Den overraskende konklusion bygger på, at de æglæggende firben på stamtræet er omgivet af firben, som føder levende unger.

4500 meter over havet – så højt lever visse arter af sydamerikanske firben.

Metoden virker simpel, men indtil for nylig ville denne undersøgelse ikke have været mulig. For at tegne et stamtræ må forskerne først danne sig et overblik over alle de måder, som stamtræets arter kan være beslægtet med hinanden på.

Fire arter giver 15 mulige versioner af stamtræet, og forskerne skal så udregne, hvilken én der er mest sandsynlig, fx ud fra dyrenes gener. Hvis der er ti arter, kan de være beslægtet på 34 mio. forskellige måder, og dermed er det langt sværere at finde det mest sandsynlige stamtræ.

Undersøgelsen af de sydamerikanske firben omfatter gener fra 258 arter. Kortlægning af dna fra så mange arter ville i sig selv have været en næsten uoverstigelig forhindring for blot nogle få år siden, men det er i dag muligt takket være nye og billige dna-sekvenseringsmetoder.

Og analysen af arternes slægtskab kræver så meget computerkraft, at vi først nu er begyndt at kunne følge med. I alt gennemgik forskernes algoritmer 500 millioner mulige stamtræer – en proces, som kan tage ugevis – for at nå frem til det mest sandsynlige stamtræ.

Insekt genskaber tabte vinger

Vandrende pinde var vingeløse i over 50 millioner år, men formåede pludseligt at lette igen.

For omkring 95 millioner år siden mistede vandrende pinde deres vinger. Det er konklusionen, efter at en gruppe amerikanske og tyske forskere kortlagde de plantelignende insekters stamtræ. Alligevel har 40 procent af vandrende pinde i dag et sæt vinger. Stamtræet afslører, at det store antal bevingede arter skyldes, at ikke mindre end fire grupper af vandrende pinde uafhængigt af hinanden har fået vingerne tilbage – første gang for cirka 40 millioner år siden. Vingerne hos vandrende pinde ligner dem hos andre insekter, og forskerne er derfor ikke i tvivl om, at vandrende pinde bruger de samme gener til at danne deres vinger. Generne er forblevet intakte, selvom dyrene ikke havde vinger i over 50 millioner år, og årsagen er formentlig, at generne også spiller en vigtig rolle i dannelsen af insekternes ben.

Ud over generne fra firbenene fodrede forskerne også deres algoritmer med informationer om fossiler fra nu uddøde firben og om, hvilket miljø de enkelte arter levede i. Hermed kunne forskerne også afsløre, at den første overgang fra æg til levende unger formentlig fandt sted, da Andesbjergene skød i vejret for 30 millioner år siden.

De nye bjerge løftede firbenene højt op, så luften omkring dem blev koldere. Kolde forhold er livsfarlige for fostre, der udvikler sig i et æg uden for morens krop, og derfor begyndte firbenene at beholde fostrene i maven, indtil fosterudviklingen var helt overstået.

Æggeskallen blev afløst af en tynd membran, og ungerne var levedygtige ved fødslen. Senere flyttede nogle af firbenene ned i det varmere lavland ved bjergenes fod, og det blev igen varmt nok til at lægge æg.

Firbenene er blot det seneste eksempel på dyr, som bryder Dollos lov. I takt med bedre teknologi har forskerne fundet flere og flere. Bl.a. viste en undersøgelse fra 2011, at en enkelt af klodens over 6000 frøarter har udviklet tænder i undermunden – et træk, som frøernes forfader mistede for mindst 225 millioner år siden.

Frø kopierede tænderne i overmunden

Frøer mistede tænderne i undermunden for mellem 330 og 230 millioner år siden. For 5 mio. år siden fik én art dem tilbage igen.

1. Signalstoffer sætter gang i dannelsen af tænder

I løbet af en frøs fosterudvikling aktiveres en række gener i munden. Resultatet er dannelsen af forskellige signalstoffer (blå prikker), som får et lag af celler til at danne en såkaldt tandknop (lyserøde Y). Hos langt de fleste frøarter bliver generne ikke aktiveret i undermunden.

2. Gener er aktive både oppe og nede

Hos en enkelt frøart, den sydamerikanske Gastrotheca guentheri, bliver tandgenerne tilsyneladende aktiveret både i over- og undermunden, og signalstoffer sørger dermed for, at dannelsen af tænder
sættes i gang både oppe og nede.

3. Frø ender med ældgammelt tandsæt

Frøen Gastrotheca guentheri har til sidst et fuldt udviklet sæt tænder i både over- og undermunden. Dannelsen af tænderne i undermunden sker formentlig på samme måde, som den gjorde i en fjern forfader til frøerne for mindst 230 millioner år siden.

Og også mennesker ser ud til at have brudt loven. To muskler øverst i vores ryg smeltede sammen til én i vores fjerne muselignende forfædre for 89 millioner år siden. Men for et par millioner år siden blev det evolutionære skridt vendt på hovedet, og musklen blev igen delt op i to.

De fleste gener overlever tabet

De mange brud på Dollos lov har tvunget forskere til at revurdere, hvordan evolution fungerer. I stedet for at forestille sig, at generne for et bestemt træk går til grunde, når trækket forsvinder, mener forskerne nu, at generne i mange tilfælde forbliver intakte og blot inaktiveres. Og så længe generne er intakte, vil det tabte træk kunne genskabes.

Du har ældgamle muskler i ryggen

To såkaldte rombemuskler i din ryg er adskilt igen efter over 85 millioner års sammensmeltning.

95 millioner år siden: Forfader havde to muskler

Vores fælles forfader med gnaverne havde i kridttiden to muskler, kaldet Rhomboideus minor og Rhomboideus major, siddende fra skulderbladet til rygsøjlen. Gnaverne har beholdt dette træk lige siden.

89 millioner år siden: To muskler blev til én

For 89 millioner år siden voksede de to muskler sammen til én i abernes forfader. Langt de fleste aber, heriblandt vores nærmeste slægtning, chimpansen, har arvet denne sammensmeltede muskel øverst i ryggen.

2,4 millioner år siden: Muskler blev delt op igen

For omkring 2,4 millioner år siden blev de to muskler igen adskilt hos menneskets forfader. Forskerne har endnu ikke et bud på årsagen til skiftet, men noget lignende er også sket hos bavianer og silkeaber.

Forskerne har blandt andet fundet et eksempel på dette fænomen i høns. Fugle mistede deres tænder for over 60 millioner år siden, men de fleste af de gener, der kan danne tænder, er stadig funktionelle. Ved at ændre blot et enkelt gen kan forskerne sætte gang i alle disse gener og dermed få høns til at udvikle tænder.

Grunden til, at fuglenes tandgener har overlevet på trods af tabet af tænder, er formentlig, at generne også har andre funktioner i fuglenes krop. Langt de fleste gener er involveret i mere end en proces, og de spiller hver især roller i flere forskellige typer væv.

Derfor vil fuglenes tandgener fortsat spille en vigtig rolle i fx fjerene, selvom de er blevet inaktive i munden.

Skift til fødsler er nemt

Ændringer i genernes aktivitet frem for ændringer i selve generne ser også ud til at være nøglen til firbenenes vekslen mellem fødsler og æglægning.

Et internationalt hold af forskere undersøgte i 2019 to tæt beslægtede kinesiske firbenarter, som henholdsvis lægger æg og føder unger. Forskerne identificerede, hvilke gener der var ansvarlige for de to typer fødsler, og undersøgte dem nøje. Til deres overraskelse pegede resultaterne på, at et skift mellem æglægning og fødsler af unger ikke er særlig omfattende genetisk set.

Evolution

Nogle arter af tudsehoved-agamer føder levende unger, mens andre lægger æg – på trods af, at de forskellige arter er forholdsvis ens genetisk set.

© Antoshin Konstantin

Forskellen mellem de to arter skyldtes primært forskelle i genernes aktivitet. Fx er de gener, som er ansvarlige for æggeskallen, også til stede i firben, der føder unger, men de udtrykkes blot i langt mindre grad. Fordi generne stadig er til stede, er skridtet tilbage til æglægning ikke så stort som hidtil troet.

Den konklusion støttes af, at skiftet fra fødsel til æglægning også er sket hos visse slanger. De fleste kvælerslanger er gået væk fra at lægge æg og føder nu levende unger.

Men for ørkenkvælerslangen, Eryx jayakari, har de næringsfattige omgivelser i ørkenen ført til, at slangen er gået tilbage til at lægge æg – det viser en stor undersøgelse fra Yale University i USA, hvor forskerne kortlagde et stamtræ med 41 arter af kvælerslanger.

En anden krybdyrart giver et endnu mere direkte billede af overgangen mellem æglægning og fødsler. Det australske firben Saiphos equalis ligger på vippen mellem de to strategier. Ved kysten lægger arten æg, og i bjergene føder den levende unger. At en enkelt art kan udvise så store forskelle, underbygger, at evolution kan tage enorme skridt uden omfattende genændringer.

Gamle træk dukker op i fostre

Dyr og mennesker beholder de genetiske værktøjer til at udføre for længst glemte opgaver eller til at bygge for længst mistede kropsdele. Og det er især tydeligt under deres fosterudvikling. Eksempelvis udvikler hvaler og delfiner, som begge stammer fra et firbenet landdyr, små bagben, når fosteret er på et meget tidligt stadie.

I langt de fleste tilfælde forsvinder baglemmerne helt inden fødslen, men der findes undtagelser.

Hos mennesker kan en hale anes i sjette uge af fosterudviklingen. Den forsvinder som regel igen, men også her er der undtagelser. Der er flere eksempler på børn født med haler, og forskerne diskuterer stadig, præcis hvordan og hvorfor halerne dannes.

Mutationer tænder for haler og tænder

Mennesker med haler, høns med tænder og delfiner med bagben – gamle tabte træk genopstår i enkelte individer, efter at de har været forsvundet i millioner af år. Fænomenet kaldes en atavisme og er kun muligt, fordi de ansvarlige gener aldrig helt er forsvundet.

  • Mennesker bliver født med haler

    Menneskefostre danner en hale i løbet af fosterudviklingens fjerde uge, men den bliver nedbrudt igen mellem sjette og ottende uge. Der er dog undtagelser, og mindst 40 mennesker er i nyere tid blevet født med ægte haler. Halerne fjernes normalt ved fødslen, men i Indien beholdt en dreng sin hale i 18 år, og den voksede til en længde på 18 centimeter.

  • Kyllinger danner krokodilletænder

    Forskerne har i årtier kendt til en mutation, kaldet talpid2, hos høns. Mutationen slår kyllingefostrene ihjel, inden de klækker, men den får dem også til at begynde at danne tænder i kæberne. De små tænder er kegleformede og minder meget om tænderne hos fuglenes nærmeste nulevende slægtninge, krokodillerne.

  • Delfin får et ekstra sæt finner

    Delfiner har normalt kun ét sæt finner, som er udviklet fra deres firbenede forfædres forben. Evnen til at danne baglemmer er for længst forsvundet. Men en usædvanlig delfin, der blev fanget ud for Japans kyst i 2006, har et ekstra sæt finner. Årsagen er formentlig, at delfinen har genvundet sine forfædres evne til at danne baglemmer.

Et endnu ældre træk er også synligt hos menneskefostre: gæller. Og det er på trods af at vores forfædre droppede gællerne for mere end 350 millioner år siden. Fastholdelsen af de gamle træk åbner op for overraskende muligheder for, hvordan dyr vil udvikle sig i fremtiden.

Dinosaurerne vender tilbage

Forskerne har i de senere år forsøgt at afdække, præcis hvad der skal til for at spole dyrenes evolution tilbage. For nogle af forskerne er det med et ønske om at kunne genskabe for længst uddøde arter såsom mammutter eller dinosaurer.

Men flere af ændringerne kan vise sig at være så enkle, at de kan ske helt naturligt uden vores hjælp – ligesom det er tilfældet med de æglæggende firben og frøen med tænder i undermunden.

Evolution

Frøen Gastrotheca guentheri har som den eneste frøart tænder i undermunden.

© Courtesy of Dr. Mark Wilkinson. © Trustees of the Natural History Museum, London.

Siden fuglene udviklede sig fra deres dinosaurforfædre, har de ændret sig meget. De har bl.a. tabt tænderne. Men en lille justering i aktiviteten af to gener kan give dem tænderne tilbage. Forskerne kender til en naturligt forekommende mutation, som kan sørge for denne justering, men mutationen er samtidig dødelig, så fostrene når ikke at klække.

I fremtiden vil en anden mere uskadelig mutation måske resultere i en voksen fugl med tænder. Forskerne har også i laboratoriet opdaget små justeringer, der kan give fugle benknogler og kranier, der minder meget om dem hos beslægtede dinosaurer såsom kridttidens Velociraptor – så fuglene har flere muligheder for at tage et skridt eller to tilbage mod deres fjerne forfædre.

Og den sydamerikanske fugl hoatzinen har formentlig allerede taget sådan et skridt. De fleste fugle har ingen eller kun små kløer på deres vinger, men hos hoatzinens unger ligner kløerne dem hos fuglenes forfædre. Forskerne mener nu, at hoatzinen tidligere i sin udvikling mistede brugen af kløerne, men siden genvandt den, fordi det blev fordelagtigt for ungerne at kunne klatre i træer.

VIDEO: Forsker vil genskabe fortidens dinosaurer

Læs også:

Evolution

Jomfrufødsel hos fisk forbløffer forskere

2 minutter
Evolution

Forskerne omskriver livets historie

3 minutter
Evolution

Flercellet liv opstod 25 gange

8 minutter

Log ind

Fejl: Ugyldig e-mailadresse
Adgangskode er påkrævet
VisSkjul

Allerede abonnement? Har du allerede et abonnement på magasinet? Klik hér

Ny bruger? Få adgang nu!