av Pia Romare frilansjournalist
Drömmen är att göra en virtuell framställning av hur evolutionen går till under olika förutsättningar. Kommer vi att se ett komplext öga växa fram på datorskärmen eller kommer resultatet att bli något helt annat? Blir det kanske ett öga av ett slag som ingen har sett förut?
Det är några av de frågor som professor Dan-E. Nilsson och docent Björn Samuelsson vid Lunds universitet vill få svar på i sitt nya projekt. De vill åstadkomma en datorsimulering som visar hur ett komplext organ utvecklats under årtusenden. Kombinationen av en zoolog och en teoretisk fysiker är idealisk när de nu ger sig på att åskådliggöra hur ett komplext öga kan utvecklas ur endast några ljuskänsliga celler.
Tänk om Darwin kunnat få se detta! Ögat är det organ som många anser vara en av evolutionens höjdpunkter. Men Darwin själv hade svårt att förstå hur ögat skulle kunna ha utvecklats från några enkla ljuskänsliga celler - det var ju så fulländat. Darwin skriver: "Att tro att ögat, med alla sina oefterhärmliga anordningar ... skulle ha formats av naturligt urval förefaller, måste jag medge, fullständigt absurt." Snart kommer vi att få se!
 |
| BRYAN F. PETERSON/CORBIS/SCANPIX |
| Ett vakande reptilöga |
Hur det naturliga urvalet styr ögats utseende är väl känt
Hittills har ingen lyckats modellera evolutionen av hela organismer eller deras mer komplexa organ. Vad som behövs är att visa hur enskilda organ utvecklats under evolutionens gång. Lösningen på att virtuellt framställa evolution är att använda ett biologiskt system där man har detaljkännedom om strukturer och funktioner. Det är ett system där man förstår exakt vilka krafter som formar selektionstrycket, eller med Darwins ord, vad som styr det naturliga urvalet.
– Just ögat är användbart eftersom det finns mycket kunskap om hur ögats olika delar och strukturer vuxit fram hos olika organismer, säger Dan-E. Nilsson. Inom Syngruppen i Lund har vi många års erfarenhet av studier om ögats funktion, ögats evolution och dess ekologiska anpassningar.
Det enklast utvecklade ögat består endast av två celler: en ljuskänslig och en pigmenterad, skuggande cell. Därefter har utvecklingen gått i små, små steg från denna enkla fläck via pigmentbägarögon och spegelögon till olika typer av kameraögon. Kameraögon kallas de mest avancerade ögonen eftersom de innehåller en lins.
– Ögat, synförmågan, har uppkommit många gånger under historien, hos helt olika djurgrupper och i olika former, säger Dan-E. Nilsson. Vi hittar alla dessa skilda utvecklingsstadier, från ett primitivt till ett komplext öga, bland nu levande djurgrupper.
Evolution utan mål
Varför har då inte alla djur utvecklat det allra bästa ögat? Ska inte utvecklingen ständigt gå framåt? Nej, evolutionen är inte framåtskridande till vilket pris som helst. Evolution är i stället en anpassning till rådande förhållanden.
Utvecklingen av komplexa organ är inte heller gratis. Alla organ kostar att bygga upp och att upprätthålla. Därför slösar djuren inte dyrbar energi på att bygga upp exempelvis ett komplicerat öga i onödan. Evolution innebär att de organismer som är bäst anpassade till sin miljö överlever och sprider sina egenskaper till nästa generation.
Det är alltså behovet av, eller fördelen med, att se som får organet öga att uppstå och utvecklas. Ögat får olika funktion beroende på vilka behov djuret har. Vissa djur behöver exempelvis bara ana varifrån ljuset kommer. Ett exempel är havets djurplankton som endast behöver veta om de är på väg uppåt eller nedåt. Andra djur är specialiserade på att urskilja färger, exempelvis kolibrier och dagfjärilar som letar efter blommor. Andra åter behöver en exceptionell synskärpa för att upptäcka rörelser, ett exempel på det är rovfåglar. Groddjuret olm, som lever helt i mörker, behöver ingen god syn. Ögonen hos olmen har därför tillbakabildats igen.
– Om selektionen konstant gynnar en förbättrad syn så kommer en ljuskänslig fläck gradvis att förvandlas till ett fokuserande kameraöga genom kontinuerliga små förändringar, säger Dan-E. Nilsson. Selektionstrycket för att få fram de olika funktionerna kommer att verka på vilken ursprungsvävnad som helst som finns där funktionen behövs.
Behoven styr urvalet
– När det gäller utvecklingen av ögat har mutationer och slumpen liten betydelse och evolutionen blir en nästan helt reproducerbar process som borde gå att modellera, säger Dan-E. Nilsson.
Han förklarar att när det gäller komplexa organ som ögat verkar selektionen inte på enskilda gener utan på egenskaper som styrs av hela genkomplex. Därför måste man veta vilka komplexa selektionstryck som verkar, och har verkat, för att få fram ögat i just de former vi nu ser. Och det är precis den kunskap som forskarna i Syngruppen i Lund har.
– Vi vet att under vissa förhållanden, vissa ljusintensiteter, är det optimala att organet ser ut på ett visst sätt. Får organismerna sedan andra behov måste ljusstrukturen, ögat, förändras i en annan riktning. Vi vet vilka funktioner som leder till en viss lösning. Det går att ställa upp matematiska ekvationer för hur exempelvis storleken på ögats öppning eller linsens utseende påverkar synskärpan. Naturligtvis måste vi även ta hänsyn till att det finns kostnader som styr vad som är möjligt att genomföra.
En virtuell datorsimulering av evolutionen
Lundaforskarnas plan är att bygga upp ett artificiellt informationssystem där evolutionen får börja verka på en ljuskänslig fläck och sedan rulla på. Att modellera utvecklingen av en enskild egenskap - vars funktion styrs av en enda gen - är lätt, menar Dan-E. Nilsson. Att modellera utvecklingen av ögat och andra organ som styrs av ett helt komplex av gener är däremot en utmaning.
Dan-E. Nilsson skrattar och säger att han är glad att evolutionen frambringat teoretiska fysiker som Björn Samuelsson som kan ta sig an den utmaningen. För att programmet ska fungera måste de använda en statistisk simuleringsteknik som inte använts i dessa sammanhang förut. Den tekniken är Björn Samuelsson bra på.
– Det viktiga är att utveckla en datorsimulering för en generell evolution, säger Dan-E. Nilsson. Vi vill modellera evolution på genetisk nivå men inte utifrån några specifika, kända gener utifrån naturen.
Skapar evolutionen samma öga varje gång?
Datormodellen ska innehålla en grundläggande uppsättning cellegenskaper och dessa ska styras av modellerade genetiska interaktioner. Dessa modelleras med vad genetikerna kallar kontrollgener samt struktur- och funktionsgener. De börjar med en enkel genuppsättning och kontrollgenerna ska utvecklas först sedan de komplexa cellerna bildats.
Generna som modelleras är uttryckta i en allmän form. På så sätt ska den simulerade evolutionen kunna gå icke-förutsägbara vägar utan att vara låst till en viss genuppsättning, förklarar Dan-E. Nilsson. Genom att sedan köra modellen upprepade gånger med samma förutsättningar så kommer forskarna att kunna se hur stor variation slutresultatet får.
– Det blir spännande att se om vi kommer fram till samma typ av öga varje gång eller om det finns andra lika bra lösningar som vi inte kunnat föreställa oss, säger Dan-E. Nilsson.
Ett genombrott för forskningen
Dan-E. Nilsson betecknar projektet som ett riskprojekt. Det finns en risk att det misslyckas men om det lyckas är belöningen desto större. Det skulle vara ett stort vetenskapligt genombrott om det gick att framställa virtuell evolution som efterliknar verkliga evolutionära händelser. Med hjälp av denna realistiska modell skulle det vara möjligt att få detaljkunskap om både hur livet uppstod och utvecklades på jorden och hur det kommer utvecklas i framtiden.
Har du som jag svårt att se det framför dig: hur evolutionen arbetar, steg för steg, med att förändra det enkla till det komplicerade och tvärtom? Snart är den här: Dan-E. Nilssons och Björn Samuelssons virtuella evolution. Det du, Darwin!
Artikeln publicerad 2009-03-30
Vad Darwin inte fick se
http://www.ne.se/rep/vad-darwin-inte-fick-se
Nationalencyklopedin, 2012-05-27
Kopiera källangivelse
